Modul 1

Tegangan Tinggi Arus Bolak Balik

1. Jelaskan cara pembangkitan tegangan tinggi bolak balik !

Jawab :

Pembangkitan tegangan tinggi bolak-balik dengan menggunakan trafo uji satu

tingkat atau trafo uji kaskade beberapa tingkat dan pada salah satu ujung belitan

digrounding. Pada trafo uji mempunyai daya rendah tapi memiliki perbandingan

lilitan sekunder yang lebih banyak dibandingkan lilitan primer.

2. Jelaskan cara kerja masing-masing metoda pengukuran sela bola percik, pembagi

kapasitif dan chubb & fortesque (C & F) !

Jawab :

Sela Bola Percik

Apabila besar tegangan uji yang diterapkan pada suatu sela bola didalam

udara melampaui nilai tegangan tembus stasiya, maka dalam selang waktu

akan dipegaruhi kuat medan listrik tembus udara, diameter bola yang

mempengaruhi efisiensi medan listrik pada permukaan konduktor, maka akan

terjadi tembus listrik diantara sela bola tersebut.

Pembagi Kapasitif

Pengukuran yang terdiri dari rangkaian kapasitor dan menggunakan

penyearah pada rangkaiannya,serta menggunakan alat ukur tegangan searah

jenis kumparan putar yang memiliki sensitivitas tinggi.

Chubb & Fortesque (C&F)

Untuk mengukur dengan tepat dan secara kontinu nilai puncak tegangan

bolak – balik terhadap bumi (Chubb dan Fortesque 1913). Arus I yang

bergantung pada laju perubahan tegangan u(t) mengalir melalui kapasitor

tegangan tinggi C dan dilalukan menuju bumi melalui dua penyearah V1 dan

V2 yang terpasang antiparalel. Jika frekuensi f,kapasitansi ukur C dan arus I1

dapat ditentukan dengan teliti maka pengukuran tegangan bolak – balik yang

simetris dengan teknik Chubb dan Fortesque dengan rangkaian yang sesuai

akan sangat teliti dan cocok untuk mengalibrasi piranti ukur tegangan puncak

yang lain.Kekurangan metode ini untuk pengukuran teknis adalah

ketergantungan pembacaan pada frekuesni serta memerlukan pengamatan

kurva.

3. Jelaskan mekanisme tembus pada isoalsi gas !

Jawab :

Mekanisme Townsend

Tembus gas pada tekanan rendah dan sela sempit. Elektron mula yang

kehadirannya disebabkan oleh suatu pengaruh luar yang ada diantara suatu

dektroda, akan dipercepat oleh suatu medan listrik menuju anoda. Perjalanan

electron tersebut akan membuat benturan dengan molekul gas yang terdapat

diantara elektroda, jika energi kinetic yang dimiliki oleh electron tersebut

melebihi energy potensial ionisasi dari molekul-molekul gas yang ada, maka

akan terjadi ionisasi dan menghasilkan suatu elektron lawie/banjiran eletron

dengan arah dari katoda ke anoda.Jika pembentukan banjiran elektron diikuti

dengan timbulnya ion-ion yang cukup pada permukaan katoda maka akan

terjadi tembus sempurna.

Mekanisme Streamer

Tembus gas pada peluahan gas pada tekanan lebih tinggi dan jarak sela

yang lebih besar. Mekanisme ini ditandai dengan penyebaran sinar-sinar

photon dari kepala-kepala elektron lawie yang akan membangkitkan banjiran-

bajiran elektron baru dengan waktu yang cepat membentuk suatu kanal.

Ionisasi ini sangat efektif untuk pertumbuhan peluahan jika suatu lawie

mencapai harga kritis.

4. Gambarkan dan jelaskan cara kerja pembangkitan tegangan tinggi bolak balik dengan

cara kaskade bertingkat trafo tiga belitan dan hitung impedansi hubung singkatnya !

Jawab :

Gambar kaskade trafo uji tiga tingkat

Untuk membangkitkan tegangan AC dilaboratorium, digunakan trafo uji

tegangan tinggi tiga belitan atau rangkaian trafo kaskade bertingkat tiga. Trafo uji ini

memiliki rasio kumparan primer dengan sekunder yang tinggi sehingga tegangan

output yang dihasilkan tinggi. Pada rangkaian ini, kaskade yang dimaksud adalah

dengan cara mengisikan lagi keluaran dari rangkaian pertama pada masukan

berikutnya sampai 3 tingkatan. Pengukuran tegangan rata-rata dilakukan dengan

rangkaian penyearah.

Pada metode ini, trafo uji dirangkai seri dengan dioda tegangan tinggi sebagai

penyearah setengah gelombang. Tegangan keluaran dioda adalah tegangan tinggi

searah yang mengandung ripple tegangan sebesar “0v” karena adanya kapasitor

perata. Alat ukur terhubung dengan resistor tegangan tinggi sebagai pembagi

tegangan resistif. Besar tegangan yang diukur oleh alat ukur adalah “Vdc” sehingga

untuk mendapatkan tegangan “Vac” adalah membagi dengan √2.

Modul 2

Tegangan Tinggi Arus Searah

1. Jelaskan cara kerja pembangkitan tegangan tinggi searah untuk setengah gelombang,

pengganda tegaangan Villard, dan Greinacher !

Jawab :

Setengah Gelombang

Pembangkitan tegangan tinggi arus bolak balik dirangkai dengan

rangkaian listrik yang diberi dioda pada rangkaian tersebut sehingga tegangan

menjadi searah. Pada cycle positif dioda akan konduksi sedangkan dioda akan

padam pada cycle negatif.Jika pada output diberi kapasitor perata makan

bentuk sinyal tegangan output akan lebih rata.

Pengganda Tegangan Villard

Pembangkitan tegangan tinggi dengan cara melipat gandakan tegangan.

Sehingga bentuk sinyal tegangan output akan tmpil berganda. Bentuk sinyal

tersebut tidak bisa dibuat lebih rata

Greinacher

Pembangkitan tegangan tinggi untuk mendapatkan tegangan searah yang

lebih tinggi lagi, dengan cara mengkaskade rangkaian dasar greinacher sampai

beberapa tingkatan yang diperlukan, yaitu dengan mengisikan lagi output dari

rangkaian pertama pada input rangkaian beerikutnya

2. Jelaskan cara kerja masing-masing metode pengukuran sela bola percik, pembagi

resistif !

Jawab :

Pengukuran Sela Bola Percik

Apabila besar tegangan uji yang diterapkan pada suatu sela bola di

dalam udara melampaui nilai tegangan tembus statisnya, maka dalam selang

waktu akan dipengaruhi kuat medan listrik tembus udara, diameter bola yang

mempengaruhi efisiensi medan listrik pada permukaan konduktor, maka akan

terjadi tembus listrik diantara sela bola tersebut.

Pengukuran Pembagi Resistif

Pengukuran yang dilakukan dengan cara voltmeter dihubung dengan

salah satu resistor dari dua resistor secara parallel, dimana hambatan dalam

voltmeter lebih besar dari pada resistor yang dihubung secara pararel.

3. Jelaskan pengaruh kapasitor perata C !

Jawab :

- Untuk meratakan peak/puncak dari bentuk sinyal tegangan output yang dihasilkan

dari rangkaian listrik.

- Bila rangkaian tanpa kapsitor perata C, maka menghasilkan tegangan searah yang

berpulsa.

- Dapat mengurangi cacat pada rangkaian penyearah bila rangkaian memperbanyak

jumlah kapasitor perata

Modul 3

Tegangan Tinggi Impuls / Korona

`

1. Jelaskan cara pembangkitan tegangn tinggi impuls !

Jawab :

Teganga tinggi impuls ada dua macam yaitu impuls luar (petir) dan impuls

dalam (hubung singkat). Pada prinsipnya dibangkitkan dengan suatu rangkaian listrik,

perbedaan surja petir dengan hubung singkat terlihat pada sinyal output tegangan

keluaran yang mana untuk tegangan surja petir mempunyai 1,2/50 (waktu dahi/waktu

punggung) dan untuk tegangan surja hubung mempunyai 250/2500, jadi digambarkan

sinyal output tegangan surja petir lebih curam dibanding sinyal output tegangan surja

hubung yang landai.

2. Gambar dan jelaskan cara pembangkitan tegangan tinggi impuls petir. Apa yang

disebut dengan rangkaian bertingkat Marx, bagaimana cara kerjanya !

Jawab :

Cara Pembangkitan Tegangan Tinggi Impuls

Gambar rangkaian dasar pembangkit tegangan impuls

Biasanya menggunakan rangkain RLC, RC, atau rangkaian kapasitif.

Pengaturan selang waktu menjadi pembeda dengan impuls hubung singkat.

Dimana impuls petir memiliki 1,2/50 (waktu dahi (Ts)=1,2 µs ± 30 % dan

waktu punggung (Tr) =50 µs ± 20 %). Kurva impuls petir sering mengandung

osilasi frekuensi tinggi dengan amplitude yang tidak melebihi 0.05V dalam

daerah puncak, sedangkan osilasi paling sedikit adalah 0.5 MHz.

Kapasitor impuls Cs dimuati tegangan Vo dari suatu penyearah Dan kemudian

diluahkan dengan menyalakan sela F dengan waktu yang sangat singkat (orde

mikro sekon). Saat terjadi peluahan, terjadi aliran muatan kearah kapasitor

beban melalui Rd. Kecepatan pengisian muatan pada kapasitor beban Cb

hingga mencapai tegangan puncak menentukan bentuk kecuraman dari muka

gelombang impuls. Makin cepa proses pengisian, makin curam/cepat

mencapai puncak gelombang. Setelah pengisian muatan pada Cb selanjutnya

terjadi peluahan muatan Rd dan Re untuk rangkaian a. Lama waktu dalam

proses peluahan muatan menentukan punggung dari gelombang impuls. Segera

setelah penyalaan F pada t= 0, mala seluruh tegangan Vo muncuk pada

rangkaian seri Rd Dan Cb pada kedua rangkaian. Semakin kecil nilai Rd dan

Cb maka semakin cepat tegangan V(t) mencapai nilai puncak.

Rangakian Bertingkat Marx

Adalah rangkaian yang digunakan untukk membangkitkan tegangan

impuls dengan nilai puncak yang sangat tinggi. Cara kerjanya :

Gambar Rangkaian Pengali Marx Untuk 3 Tingkat dalam Hubungan Rangkaian

Pada gambar diatas, kapasistor impuls yang identic dimuati secara

parallel dan diluahkan secara seri sehingga menghasilkan tegangan pengisian

yang berlipat sesuai jumlah tingkatan. Masing-masing Cs dimuati tegangan

pemuat Vo melalui resistansi Rl. Bila seluruh sela F tembus, maka Cs akan

terhubung seri dan memuati Cb melalui hubungan seri resistor redaman Rd,

dan setelah muatan dalam Cs dan Cb akan meluahkan Rd dan Re, bila

sebaliknya maka RL ≥ Re. Rangkaian n tingkat dapat disederhanakan menjadi

satu tingkat asal memenuhi syarat :

Vo=n .V o '

Cs=1n

Cs '

Rd=n .Rd '

ℜ=n . R e'

Dalam menggunakan rangkaian Marx, tembus dalam setiap F harus

bersamaan, efisiensi medan tergantung pada bentuk tegangan impuls.

3. Nyatakan parameter dan karakteristik yang membedakan tegangan tinggi impuls petir

dan tegangan tinggi impuls saklar hubung. Jelaskan dengan gambar dan uraiannya !

Jawab :

Gambar parameter tegangan uji impuls standard

(a) Tegangan tinggi impul petir, (b) Tegangan tinggi impuls hubung singkat

Untuk dahi dan punggung,seperti yang ditunjukkan pada gambar diatas.karena

bentuk dahi tegangan impuls petir yang benar sering sukar diukur,maka untuk

mencirikannya dibentuk garis lurus 01S1 melalui titik A dan B. Kemudian waktu dahi

Ts maupun waktu paroh punggung Ts yang terukur dari titik 01 hingga titik C juga

ditentukan. Secara umum digunakan tegangan impuls petir bentuk 1,2/50 yang berarti

suatu tegangan impuls dengan Ts = 1,2 µs + 30 % dan Tr = 50 µs + 20 %. Pada pihak

lain, untuk mengamati tegangan impuls hubung singkat jauh lebih lambat akan tidak

menemui kesukaran, karena tidak asal 0 yang benar dan puncak S yang benar dapat

digunakan untuk pembakuan. Untuk pengujian dengan tegangan impuls hubung

singkat sering digunakan bentuk 250/2500 µs yang berhubungan dengan Tcr = 250 µs

+ 20 % dan Th = 2500 µs + 60 % (Tcr = waktu puncak,Th = waktu paroh). Untuk

menunjuk pada tempo tegangan impuls hubung singkat, maka sering juga diberikan

waktu Td yakni waktu dengan nilai tegangan sesaat lebih besar dari 0,9 sebagai ganti

dari Th. Kurva – kurva tegangan impuls petir sering mengandung isolasi frekuensi

dengan amplitude yang tidak melebihi 0,05 Û dalam daerah puncak. Dalam hal ini

diandaikan bahwa frekuensi osilasi yang paling sedikit 0,5 MHz, jika tidak demikian

maka nilai tegangan maksimum yang teramati diambil sebagai nilai puncak dari

tegangan impuls petir.

Modul 4

Tegangan Tembus Pada Isolasi Minyak

1. Jelaskan mekanisme tembus pada isolasi minyak !

Jawab :

Pada dasarnya tegangan pada isolasi merupakan suatu tarikan/tekanan/stress yang

harus dilawan oleh gaya pada isolasi. Pada Isolasi minyak terdapat beberapa

mekanisme kegagalan :

Kegagala elektronik

Tidak meratanya kuat medan listik yang disebabkan permukaan elektroda

yang tidak merata.

Kegagalan partikel padat

Terbentuknya letika terjadi pemanasan/thermal stress dan tegangan lebih.

Kegagalan gelembung/kavitasi

Kegagalan yang disebabkan oleh permukaan elektroda yang tidak merata,

adanya tabrakan electron, penguapan, perubahan suhu dan tekanan, sehingga

mengakibatkan gelembung.

Kegagalan uap air

Air dan uap air jika terdapat medan listrik maka molekul uap air yang terlarut

memisahkan dari minyak dan terpolanisasi membentuk suatu dipol. Jika

jumlah molekul banyak maka akan menyusun jembatan antar elektroda

sehingga terbentuk suatu kanal peluahan, kanal akan merambat dan

memanjang hingga terjadi tembus listrik.

2. Jelaskan mengapa tegangan tembus pada minyak lebih besar dari udara !

Jawab :

Karena kekuatan dielektrik minyak trafo lebih besar dari pada udara, dan

permitivitas relatif minyak lebih tinggi dari pada permitivitas udara ¿dan ε rudara=1¿

.

3. Jelaskan mengapa gelembung udara pada minyak harus ditiadakan jika minyak

tersebut digunakan sebagai bahan isolasi !

Jawab :

Karena gelembung merupakan molekul uap air yang memisahkan dari minyak,

akan membentuk suatu dipol. Jika jumlah gelembung semakin banyak akan

menimbulkan kanal peluahan yang pada akhirnya kanal tersebut akan merambat dan

memanjang hingga membentuk suatu jembatan dan timbulah tembus listrik.

4. Apa akibatnya jika pada minyak dikenakan berkali-kali tegangan tembus dan jelaskan

mengapa ?

Jawab :

Minyak trafo yang dipakai berkali-kali akan mengurangi kemurnian minyak

trafo tersebut, ketidakmurnian minyak sangat berpengaruh hingga terjadi discharge,

karena minyak bekas terdapat partikel-partikel uap air yang menimbulkan

ketidakmurnian. Bila partikel banyak akan membuat local field enhancement yang

bila melebihi ketahanan benda cair akan terjadi local break down yang pada akhirnya

timbul gelembung/ kavitasi. Pada minyak bekas cenderung memiliki kadar uap air

yang lebih besar dari pada minyak baru. Bahwa saat medan listrik yang tinggi,

molekul uap air yang terlarut memisah dari minyak dan membentuk suatu dipol.Jika

jumlah molekul uap air banyak akan membentuk suatu kanal peluahan, kanal tersebut

akan merambat dan memanjang sampai menimbulkan tembus listrik.

Modul 5

Tegangan Tembus Pada Isolasi Gas

1. Dikenal ada dua teori mekanisme terjadinya tegangan tembus pada udara bertekanan.

Jelaskan kedua teori tersebut dan tunjukkan perbedaannya !

Jawab :

Mekanisme Towsend

Tembus gas pada tekanan rendah dan sela sempit. Elektron mula yang

kehadirannya di sebabkan oleh suatu pengaruh luar yang ada diantara suatu

elektroda, Akan dipercepat oleh suatu medan listrik menuju anoda. Perjalanan

elektroda tersebut akan membuat benturan dengan molekul gas yang terdapat

diantara elektroda, jika energi kinetik yang dimiliki oleh elektron tersebut

melebihi energi potensial ionisasi dari molekul-molekul gas yang ada, maka

akan terjadi ionisasi dan menghasilkan suatu elektron lawnie/ banjiran

elektron dengan arah dari katoda ke anoda. Jika pembentukan elektron lawie

diikuti dengan timbulnya ion-ion yang cukup pada permukaan katoda maka

akan terjadi tembus sempurna.

Mekanisme Streamer

Tembus gas pada peluahan gas pada tekanan lebih tinggi dan jarak sela

yang lebih besar. Mekanisme ini ditandai dengan penyebaran sinar-sinar

photon dari kepala-kepala elektron lawine yang akan membentuk suatu

kanal.Ionisasi ini sangat efektif untuk pembentukan pertumbuhan peluahan

jika suatu lawine mencapai harga kritis.

Perbedaan : Mekanisme towsend terjadi pada tekanan rendah dan sela sempit,

sedangkan mekanisme streamer terjadi pada tekanan tinggi dan jarak sela yang

lebih besar.

2. Jelaskan mengapa dilakukan penundaan pada percobaan berikutnya jika media udara

tersebut telah terjadi tembus !

Jawab :

Karena pada percobaan tegangan tembus sebelumnya masih ada, bila tidak

melakukan penundaan maka akan terjadi penyimpangan, karena sesuai hukum

paschen, yaitu bahwa terjadi hubungan linear antara tegangan tembus dengan tekanan

gas.

3. Jelaskan mengapa pada gas bertekanan, kejadian tembus menjadi lebih sulit !

Jawab :

Karena gerak bebas antara gas menjadi berkurang hingga ionisasi semakain

dipersulit dan akan terjadi pada sebuah intensitas medan yang tinggi.

Modul 6

Corona (External Partial Discharge) Pada Tegangan AC dan DC

1. Gambarkan dan Jelaskan proses terjadinya korona (eksternal partial discharge) dan

internal partial discharge pada tegangan AC dan DC (positif dan negatif) !

Jawab :

Gambar Exteral partial discharge

(a) Konfigurasi elektroda titik bidang, (b) rangkaian ekivalen

Eksternal partial discharge adalah peristiwa pelepasan muatan pada media

isolasi cair atau gas yang berada di sekeliling konduktor. Proses terjadinya

korona adalah adanya pelepasan muatan yang terjadi karena adanya ionisasi

dalam udara yaitu lepasnya electron, maka apabila disekitarnya terdapat

medan listrik maka ion – ion bebas ini mengalami gaya yang mempercepat

geraknya sehingga terjadi benturan dengan molekul lain. Akibatnya timbul ion

– ion dan elektron – elektron baru. Sehingga menimbulkan panas, cahaya,

atau bunyi. (cahaya violet, hissing, O3).

Gambar Internal Discharge

Internal partial discharge terjadi pada void/rongga/permukaan konduktor yang

runcing di dalam volume material isolasi padat atau cair. Bila dalam

kabel/peralatan berisolasi polimer padat terdapat tonjolan atau permukaan

konduktor yang runcing menyerupai ujung jarum pada interface antara lapisan

isolasi polimer dan konduktor maka tekanan medan listrik terpusat pada ujung

jarum tersebut sehinga bagian isolasi yang berada pada ujung jarum

mengalami tekanan medan listrik yang lebih tinggi yang dapat mengakibatkan

terjadinya peristiwa partial discharge. Partial discharge yang lokasi dan

mekanisme terjadinya akibat internal discharge, yang terjadi di rongga yang

terdapat dalam dielektrik maupun di dalam dielektrik itu sendiri.

2. Jelaskan apa yang dimaksud dengan tegangan awal korona (Vo) dan tegangan visual

korona (Vv)!

Jawab :

Tegangan awal korona (Vo)

Adalah tegangan yang terjadi atau terukur sebelum adanya peristiwa tembus

cahaya violet.

Tegangan visual korona (Vv)

Adalah tegangan yang terjadi atau terukur setelah terjadinya tembus cahaya

violet.

3. Jelaskan faktor – faktor yang mempengaruhi rugi korona !

Jawab :

Penampang kawat : semakin luas penampanya semakin cepat korona terjadi.

Konfigurasi : penghantar di buat bundle/disatukan, agar meminimalisir

korona.

Macam Kawat : Bahan penyusun kawat mempengaruhi kemampuan menahan

korona.

Keadaan permukaan : Semakin besar permukaan maka semakin tinggi korona

yang terjadi.

Cuaca : Susut korona bertambah dikala adanya kabut, hujan, kelembapan

4. Jelaskan cara mengatasi rugi korona !

Jawab :

- Dengan membuat bundle atau disatukannya penghantar dalam satu ruang

terisolasi, semakin banyak bundle yang dibuat semakin meminimalisir korona

yang akan terjadi.

- Menghilangkan komponen – komponen yang runcing.

- Membersihkan komponen pada system transmisi tenaga listrik seperti switchgear

dan transformer.