PEMBANGKITAN TEGANGAN TINGGI IMPULS

Transkripsi

1 PEMBANGKITAN TEGANGAN TINGGI IMPULS D I S U S U N Oleh : Heri Pratama ( ) Natalia K Silaen ( ) Yulli Hartanti Ritonga ( ) Rafiah perangin-angin ( ) Neni Awalia Helmi ( ) PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS NEGERI MEDAN 2016

2 KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat dan rahmat-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan makalah Pembangkitan Tegangan Tinggi Impuls. Penulis juga tidak lupa mengucapkan banyak terimakasih kepada segenap pihak karena telah benyak membantu sehingga makalah ini dapat terselesaikan sebagaimana mestinya. Makalah ini disusun berdasarkan apa yang penulis dapatkan dari berbagai referensi yang penulis dapatkan. Dengan tersusunnya makalah ini, penulis berharap agar kiranya ini dapat digunakan sebagai salah satu sumber penambah ilmu, wawasan, dan pengetahuan. Disamping itu penulis mengharapkan bahwa makalah ini tidak hanya sebagai pelengkap tugas saja melainkan dapat disebut sebagai hasil karya yang setidaknya, dipelihara dan digunakan sebagaimana mestinya. Akhirnya penulis sadar bahwa makalah ini belumlah sempurna, oleh karena itu demi kesempurnaan makalah yang akan dibuat berikutnya, penulis sangat mengharapkan saran serta dukungan maupun kritik yang sifatnya membangun dari para pembaca sehingga dengan semua itu kesempurnaan makalah ini dapat tercapai. Medan, 11 Mei

3 DAFTAR ISI KATA PENGANTAR...i DAFTAR ISI...ii BAB I PENDAHULUAN LATAR BELAKANG TUJUAN PENULISAN RUMUSAN MASALAH...1 BAB II PEMBAHASAN TEGANGAN TINGGI IMPULS GENERATOR IMPULS GENERATOR IMPULS RLC GENERATOR IMPULS RC GENERATOR IMPULS RANGKAIAN MARX...9 BAB III PENUTUP KESIMPULAN...11 DAFTAR PUSTAKA

4 BAB I PENDAHULUAN 1.1. LATAR BELAKANG Pembangkitan tegangan tinggi terbagi menjadi pembangkitan tegangan tinggi bolak-balik, pembangkitan tegangan tinggi searah, dan pembangkitan tegangan tinggi impuls. Kebutuhan pembangkit tegangan tinggi yang portable untuk aplikasi yang praktis masih sulit didapatkan. Keberadaan pembangkit tegangan tinggi yang memilki frekuensi tinggi juga jarang ditemui, kebanyakan pembangkit tegangan tinggi memiliki frekuensi rendah. Selain itu untuk membuat pembangkit tegangan tinggi masih diperlukan biaya yang mahal TUJUAN PENULISAN 1. Mahasiswa dapat mengetahui kegunaan tegangan tinggi impuls 2. Mahasiswa dapat mengetahui bentuk-bentuk tegangan impuls 3. Mahasiswa dapat mengetahui jenis-jenis generator impuls 1.3. RUMUSAN MASALAH 1.Apa yang dimaksud dengan tegangan tinggi impuls? 2.Apa saja jenis jenis tegangan tinggi impuls? 1

5 BAB II PEMBAHASAN 2.1. TEGANGAN TINGGI IMPULS Tegangan Impuls (impulse voltage) adalah tegangan yang naik dalam waktu singkat sekali kemudian disusul dengan penurunan yang relatif lambat menuju nol. Ada tiga bentuk tegangan impuls yang mungkin menerpa sistem tenaga listrik yaitu tegangan impuls petir yang disebabkan oleh sambaran petir (lightning), tegangan impuls hubung buka yang disebabkan oleh adanya operasi hubung-buka (switching operation) dan tegangan impuls petir terpotong. Gambar 2.1. Jenis Tegangan Impuls Tegangan impuls didefinisikan sebagai suatu gelombang yang berbentuk eksponensial ganda yang dapat dinyatakan dengan persamaan: Dari Persamaan (2.1) dapat dilihat bahwa bentuk gelombang impuls ditentukan oleh konstanta a dan b, sedangkan nilai konstanta a dan b ini ditentukan oleh nilai komponen rangkaian. Gambar 2.2. tegangan impuls petir standar 2

6 Definisi bentuk gelombang impuls : 1. Bentuk dan waktu gelombang impuls dapat diatur dengan mengubah nilai komponen rangkaian generator impuls. 2. Nilai puncak (peak value) merupakan nilai maksimum gelombang impuls. 3. Muka gelombang (wave front) didefinisikan sebagai bagian gelombang yang dimulai dari titik nol sampai titik puncak. Waktu muka (Tf) adalah waktu yang dimulai dari titik nol sampai titik puncak gelombang. 4. Ekor gelombang (wave tail) didefinisikan sebagai bagian gelombang yang dimulai dari titik puncak sampai akhir gelombang. Waktu ekor (Tt) adalah waktu yang dimulai dari titik nol sampai setengah puncak pada ekor gelombang. Penelitian menunjukkan bahwa pada tegangan impuls yang disebabkan oleh sambaran petir maupun yang disebabkan oleh proses hubung buka, waktu untuk mencapai puncak gelombang dan waktu penurunan tegangan sangat bervariasi sehingga untuk pengujian perlu ditetapkan bentuk standar tegangan impuls. Suatu tegangan impuls dinyatakan dengan tiga besaran yaitu tegangan puncaknya (Vmaks), waktu muka (Tf), dan waktu ekor (Tt). Menurut IEC waktu muka dan waktu ekor untuk tegangan impuls petir adalah Dengan demikian, waktu muka (Tf) dan waktu ekor (Tt) berdasarkan standar IEC dapat dituliskan sebagai berikut 2.2. GENERATOR IMPULS Generator Impuls adalah alat yang digunakan untuk pengujian tegangan impuls dimana generator impuls inilah yang berperan untuk membangkitkan tegangan tinggi impuls. Terdapat beberapa jenis generator impuls diantaranya generator impuls RLC, generator impuls RC dan generator Marx. 3

7 GENERATOR IMPULS RLC Prinsip kerja generator impuls RLC ditunjukkan pada Gambar 2.3. Generator ini membutuhkan tegangan tinggi DC. Tegangan tinggi DC diperoleh dari penyearah tegangan tinggi DC yang tegangan keluarannya dapat diatur. Generator dilengkapi juga dengan sela picu F. Sumber tegangan tinggi DC, melalui resistor RP mengisi kapasitor pemuat C. Misalkan tegangan kapasitor pemuat dibuat sebesar Vo. Gambar 2.3. Rangkaian Generator Impuls RLC Jika sela picu dioperasikan, maka sela elektroda F terhubung singkat dalam waktu yang singkat. Melalui sela picu ini, muatan kapasitor C dilepaskan ke rangkaian RS, L, dan RO. Nilai resistor RP dibuat besar untuk menghambat muatan yang datang dari sumber tegangan tinggi DC selama proses pelepasan muatan dari kapasitor C berlangsung. Karena pelepasan muatan dari kapasitor C berlangsung dalam waktu yang sangat singkat dan nilai resistor RP dibuat besar, maka muatan yang datang dari sumber tegangan DC dapat dianggap tidak ada. Karena itu selama proses pelepasan muatan, tidak ada muatan yang sempat mengisi kapasitor C. Artinya hanya muatan pada kapasitor pemuat C yang dilepaskan ke rangkaian RS, L, dan RO. Dengan demikian, rangkaian ekivalen generator setelah sela picu bekerja dapat dibuat seperti Gambar 2.4. Persamaan arus pada rangkaian ini adalah Tegangan kapasitor pemuat (V) adalah konstan sehingga turunan Persamaan (2.2) terhadap waktu adalah 4

8 Atau Gambar 2.4. rangkain ekivalen generator RLC Dengan Penyelesaian Persamaan (2.4) di atas adalah sebagai berikut Dengan Nilai R, L dan C dapat diatur sedemikian rupa sehingga nilai suku-suku yang di bawah tanda akar menjadi positif. Dengan demikian nilai α1 dan α2 menjadi bilangan nyata dan positif. Hal ini dapat dipenuhi jika 5

9 Tegangan keluaran generator sama dengan tegangan pada resistor RO, yaitu Substitusi Persamaan (2.6) ke dalam Persamaan (2.10) menghasilkan Persamaan (2.11) dapat disederhanakan menjadi Dimana : Nilai Maksimum dan Efisiensi Tegangan Nilai waktu untuk mencapai tegangan maksimum diperoleh dengan membuat turunan pertama dari Persamaan (2.11) sama dengan nol (dv/dt = 0), hasilnya adalah Nilai Tf ini disubstitusikan ke dalam Persamaan (2.11) menghasilkan Definisi efisiensi generator impuls adalah perbandingan harga maksimum tegangan keluaran dengan tegangan pada kapasitor pemuat C, atau 6

10 Menentukan Nilai R, L, dan C Dalam merencanakan suatu generator impuls, terlebih dahulu ditentukan spesifikasi tegangan keluarannya, yaitu tegangan puncak (Vmaks), waktu muka gelombang Tf, dan waktu ekor gelombang Tt. Di samping itu, ditentukan juga kapasitasnya (W) dan efisiensi tegangan generator (η) yang diinginkan. Dengan diketahuinya semua spesifikasi di atas, besarnya komponen R, L, dan C dapat ditentukan. Kapasitas generator impuls dinyatakan sebagai energi yang tersimpan pada kapasitor pemuat, yaitu Dari Persamaan (2.17) ini besar kapasitansi pemuat C dapat dihitung. Persamaan (2.14) menyatakan bahwa waktu muka gelombang tegangan adalah Diketahui juga bahwa ketika t = T t, besar tegangan menjadi setengah dari tegangan maksimum (V = 0,5Vmaks). Jika nilai-nilai ini disubstitusikan ke dalam Persamaan (2.12) diperoleh TABEL 2.1. Hubungan k dengan ln β Ln β k Gambar 2.5 kurva ln β vs k 7

11 Secara ringkas, tahap-tahap penentuan nilai C, L,R 0, dan R 2 adalah sebagai berikut 1.Tentukan 2.Dari kurva K Vs ln β tentukan nilai β 3. Tentukan 4.Dari nilai ln β yang te lah diketahui,tentukan β 5. Hitung 6.Tentukan Harga 7.Hitung 8. Hitung 9. Hitung 10. Hitung GENERATOR IMPULS RC Rangkaian generator impuls RC diberikan pada Gambar 2.6. Seperti halnya generator impuls RLC, generator ini membutuhkan sumber tegangan tinggi DC yang tegangan keluarannya dapat diatur dan dilengkapi dengan sela picu F. Sumber tegangan tinggi DC, melalui resistor RP mengisi kapasitor pemuat C1. Dengan pengaturan pada autotrafo, tegangan kapasitor pemuat C1 dapat dibuat sebesar yang dikehendaki, misalnya sebesar Vo. Jika sela picu dioperasikan, sela elektroda F terhubung singkat dalam waktu yang sangat singkat. Kapasitor C1 mengosongkan muatannya dan mengisi kapasitor C2, sehingga tegangan pada C2 naik (tegangan V naik). 8

12 Gambar 2.6. Rangkaian generator impuls RC GENERATOR IMPULS RANGKAIAN MARX Generator ini merupakan generator impuls RC yang disusun bertingkat untuk memperoleh tegangan keluaran yang lebih tinggi. Pada Gambar 2.7 ditunjukkan rangkaian generator impuls Marx tiga tingkat. Generator ini memiliki tiga kapasitor pemuat sehingga dinamakan generator Marx tiga tingkat. Selain itu, generator ini mempunyai tiga sela picu yang dapat dipicu dalam waktu yang bersamaan. Mula-mula ketiga kapasitor pemuat C1 dimuati hingga tegangan tiap-tiap kapasitor sama dengan V. Jika sela F dipicu, ketiga kapasitor pemuat ini terhubung seri sehingga tegangan total kapasitor pemuat sama dengan 3V. Gambar 2.7. Rangkaian generator impuls MARX 9

13 Ketiga kondensator C p mengosogkan muatannya,mengisi kondensator beban C b naik.karena tahanan R d dibuat kecil,maka proses pengisian kondensator C b berlangsung cepat.selanjutnya kondensator beban C b mengosongkan muatannya ke tanah melalui resistor R d dan R e yang dibuat jauh lebih besar dari R d,maka prosess pengosongan kondensator C b berlangsung lambat.dengan demikian pengurangan tegangan kondensator C b juga berlangsung lambat. Bentuk tegangan keluaran trafo ini sama dengan bentuk keluaran tegangan generator impuls RC. 10

14 BAB III PENUTUP 3.1. KESIMPULAN Tegangan Impuls (impulse voltage) adalah tegangan yang naik dalam waktu singkat sekali kemudian disusul dengan penurunan yang relatif lambat menuju nol. Ada tiga bentuk tegangan impuls yang mungkin menerpa sistem tenaga listrik yaitu tegangan impuls petir yang disebabkan oleh sambaran petir (lightning), tegangan impuls hubung buka yang disebabkan oleh adanya operasi hubung-buka (switching operation) dan tegangan impuls petir terpotong. 11

15 DAFTAR PUSTAKA