PENGARUH JUMLAH DAN JARAK MESH PERISAI TERHADAP INDUKSI TEGANGAN TINGGI PADA SALURAN TEGANGAN RENDAH Tumbur Harianja, Hendra Zulkarnaen Konsentrasi Teknik Energi Listrik, Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara (USU) Jl. Almamater, Kampus USU Medan 20155 INDONESIA e-mail : tumbur.harianja@yahoo.co.id Abstrak Perisai (shielding) adalah suatu bahan yang penting dalam laboratorium tegangan tinggi. Perisai (shielding) yang dimaksudkan adalah perisai (shielding) untuk frekuensi 50-60 Hz, yakni untuk khusus untuk kasus medan elektromagnetik yang ditimbulkan oleh tegangan tinggi AC. Kemampuan perisai (shielding) untuk melindungi induksi tegangan tergantung pada jenis bahan dan bentuk material dari perisai (shielding) itu sendiri dan pengaruh dari lingkungan sekitar, seperti temperatur, kelembapan, dan tingkat kontaminasi udara sekitar. Dalam paper ini akan dikaji pengaruh jumlah dan jarak mesh perisai terhadap induksi tegangan tinggi pada saluran tegangan rendah. Mesh perisai dirancang dengan berbahan kawat galvanis. Mesh perisai ini dibentuk dalam bentuk persegi dengan ukuran 24 inch 2 yang disesuaikan dengan ukuran dari kawat BC (kawat yang bertegangan tinggi). Mesh perisai yang dirancang ada empat buah sesuai dengan jumlah mesh. Adapun jumlah mesh yang dirancang adalah 1 mesh/1 inch 2, 4 mesh/1 inch 2, 9 mesh/1 inch 2, dan 16 mesh/1 inch 2. Dalam penelitian ini, perisai mesh yang lebih bagus melindungi induksi tegangan tinggi adalah yang berukuran 16 mesh/1 inch 2. Hal ini memperlihatkan bahwa semakin banyak jumlah mesh maka semakin bagus untuk melindungi induksi tegangan tinggi. Kata Kunci : Perisai, Induksi Tegangan, Medan Elektromagnetik. 1. Pendahuluan Tegangan tinggi yang dibangkitkan di laboratorium tegangan tinggi akan menimbulkan induksi tegangan di sekitar laboratorium tegangan tinggi. Induksi tegangan yang timbul akan berbahaya bagi peralatan-peralatan saluran tegangan rendah apabila besar induksi tegangan terhadapnya melebihi besar yang sudah ditentukan untuk peralatan itu. Selain itu, induksi tegangan yang timbul akan mengganggu kesehatan bagi pengguna laboratorium tegangan tinggi dalam jangka panjang. Untuk itu, maka diperlukan perisai (shielding) sebagai pelindung induksi tegangan tersebut. Jenis perisai ada banyak. Pada paper, jenis perisai yang dirancang adalah perisai mesh. Keberadaan perisai mesh ini tidak menghilangkan semua induksi tegangan yang ditimbulkan, melainkan mengurangi induksi tegangan sebelum menerpa peralatanperalatan saluran tegangan rendah atau pengguna di laboratorium tegangan tinggi. Adapun manfaat dari penelitian ini adalah untuk merancang perisai mesh di Laboratorium Tegangan Tinggi Departemen Teknik elektro USU. Adapun batasan masalah dalam percobaan ini adalah : 1. Tegangan Tinggi yang digunakan adalah tegangan tinggi AC dengan tegangan maksimum yang dibangkitkan sebesar 75 kv. Tegangan 75 kv merupakan tegangan maksimum yang dapat dibangkitkan di Laboratorium Tegangan Tinggi Departemen Teknik Elektro USU. 2. Besar induksi tegangan maksimum yang diizinkan pada saluran tegangan rendah pada percobaan adalah sebesar 300 V [1]. 3. Kabel tegangan rendah yang digunakan adalah kabel NYA, seperti yang biasa dipakai pada saluran tegangan rendah. 4. Konduktor tegangan tinggi yang dipakai adalah konduktor Bare Copper (BC) dengan luas penampang 50 mm 2. 5. Kabel NYA letaknya sejajar dengan konduktor Bare Copper (BC). 6. Kawat yang dipakai untuk bahan perisai adalah kawat galvanis dengan diameter 0,08 cm. 7. Jumlah mesh yang dirancang adalah mesh 1, mesh 4, mesh 9, dan mesh 16 dengan acuan ukuran 1 inch 2. 8. Induksi akibat arus diabaikan karena arus di pembangkit tegangan tinggi di laboratorium sangat kecil. copyright DTE FT USU 123
2. Medan Listrik, Medan Elektromagnetik, dan Perisai Intensitas medan listrik merupakan gaya yang dialami oleh sebuah muatan uji bernilai satu satuan muatan positif. Intensitas medan listrik harus diukur dalam besaran Newton per Coulomb (N/C) yaitu dimensi gaya per satuan muatan listrik. Dengan menggunakan huruf kapital E untuk melambangkan intensitas medan listrik, dapat ditulis pada persamaan (1) dan (2). Persamaan (1) untuk skalar dan persamaan (2) untuk vektor[2]. E = (1) E = a 1t (2) Di mana : E = Intensitas medan listrik ( N/C) Q 1 = Muatan yang bernilai satu muatan (C) Q t = Muatan uji (C) F t = Gaya uji (N) ε = Permitivitas ruang hampa (F/m) R = jarak antara Q 1 dan Q t (m) Pada penelitian, besar intensitas medan listrik sama halnya dengan besar induksi tegangan yang diakibatkan tegangan tinggi. Hal ini dikarenakan bahwa induksi tegangan yang ditimbulkan oleh arus listrik tidak diperhitungkan. Perisaian adalah teknik yang digunakan untuk mengurangi ataupun mencegah terjadinya gandengan radiasi elektromagnetik yang tidak diinginkan yang berasal dari lingkungan luar menuju ke peralatan elektronik, dan juga untuk mengurangi pancaran radiasi elektromagnetik yang berasal dari peralatan elektronik tersebut ke lingkungan luar. Radiasi elektromangnetik terbagi dua yaitu radiasi kapasitif dan induktif. Radiasi kapasitif ditimbulkan oleh gandengan kapasitif dan radiasi induktif ditimbulkan oleh gandengan induktif. Radiasi sama halnya dengan induksi tegangan. Untuk memperjelas kedua induksi tegangan dapat dilihat dengan analisis berikut : Dua buah konduktor bertegangan yang dibatasi oleh udara akan menimbulkan rangkaian gandengan kapasitif dan gandengan induktif. Untuk gandengan kapasitif diperlihatkan pada Gambar 1[3]. Gambar 1. Gandengan Kapasitif Antara Dua Konduktor Besar induksi tegangan (V i ) dari Gambar 1 diperlihatkan pada persamaan (3). V i =... V 1 (3) Apabila dua konduktor bertegangan dibatasi oleh sebuah perisai, maka gandengan kapasitifnya diperlihatkan pada Gambar 2. Gambar 2. Gandengan Kapasitif Antara Dua Konduktor yang Dibatasi Perisai Besar induksi tegangan (V i ) dari Gambar 2 diperlihatkan pada persamaan (4). V i =......V 1 (4) Untuk gandengan induktif diperlihatkan pada Gambar 3. Gambar 3. Gandengan Induktif Antara Dua Konduktor Besar induksi tegangan (V i ) dari Gambar 3 diperlihatkan pada persamaan (5). V i = - M (5) copyright DTE FT USU 124
Apabila dua konduktor bertegangan dibatasi oleh sebuah perisai, maka gandengan induktifnya diperlihatkan pada Gambar 4. Adapun rangkaian percobaan penelitian untuk pengaruh jumlah dan jarak mesh perisai terhadap induksi tegangan tinggi pada saluran tegangan rendah diperlihatkan pada Gambar 5.. Gambar 4. Gandengan Induktif Antara Dua Konduktor yang Dibatasi Perisai Besar induksi tegangan (V i ) dari Gambar 4 diperlihatkan pada persamaan (6)[4] : Gambar 5. Rangkaian Percobaan V i = - M 2s 3. Metodologi Penelitian (6) Penelitian dilakukan pada bulan Agustus 2013 di Laboratorium Teknik Tegangan Tinggi Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, Medan. Dalam penelitian, alat dan bahan yang digunakan diperlihatkan pada Tabel 1. Tabel 1. Peralatan yang Digunakan Nama Alat Spesifikasi Jumlah trafo uji 200/100.000 Volt, 50 Hz, 10 kv 1 unit autotrafo 220/0-00 Volt, 10 kva. 1 unit kayu 2 inch secukupnya paku 1 inch secukupnya kawat galvanis 0,08 cm secukupnya kabel NYA 240 Volt secukupnya resistor 1 kω, 10 kω 2 buah barometer range tekanan 7,5-825,0 mmhg, range kelembaban 10-110 % RH, range 1 buah suh 0-50 C kawat BC 50 mm 2 secukupnya multimeter 9205A; 0,2-750 VAC; 0,2-1000 VDC; 02-2 AC; 0,002-20 ADC 2 buah Keterangan : AT = Autotrafo; TU = Trafo uji; S1 = Saklar utama; S2 = Saklar sekunder; Vin = tegangan masukan; V = voltmeter; V 2 = voltmeter untuk tegangan pada R 2 ; R 1 dan R 2 ; tahanan pembagi tegangan. 4. Hasil dan Analisis Induksi tegangan tanpa perisai mesh jauh lebih besar dibandingkan dengan perisai mesh yang tanpa ditanahkan dan ditanahkan. Hal ini disebabkan karena medan listrik yang ditimbulkan oleh tegangan tinggi, semuanya langung mengenai saluran tegangan rendah tanpa ada penghalang untuk mengurangi besar medan listrik tersebut. Ketika perisai mesh tidak ditanahkan didapatkan bahwa induksi tegangannya lebih besar dibandingkan dengan ditanahkan. Hal ini disebabkan karena muatan-muatan akan berkumpul pada perisai mesh sehingga hal itu masih mengakibatkan timbulnya medan listrik yang lebih besar antara perisai dengan dengan kabel tegangan rendah. Sehingga tegangan induksi yang dihasilkan juga lebih besar. Sedangkan apabila perisai mesh ditanahkan, maka muatan yang berkumpul itu akan sebagian langsung ke tanah sehingga muatan di perisai berkurang sehingga medan listrik semakin kecil dan menyebabkan induksi tegangan yang lebih kecil juga. Hal ini ditunjukkan pada Tabel 2 sampai Tabel 13. copyright DTE FT USU 125
Tabel 2. Jarak S 1 dan S 2 yang tetap, tegangan tinggi jarak S 1 = S 2 = 20 cm, S 1 + S 2 = 40 cm, P = 757,6 mmhg ; T = 27,8 C Tabel 6. Jarak S 2 yang tetap, jarak S 1 yang variabel, tetap, untuk jarak S 2 = 20 cm, P = 754,3 Tabel 3. Jarak S 1 dan S 2 yang tetap, tegangan tinggi Jarak S 1 = S 2 = 30 cm, S 1 + S 2 = 60 cm, P = 757,6 mmhg ; T = 27,8 C Tabel 7. Jarak S 2 yang tetap, jarak S 1 yang variabel, tetap, untuk jarak S 2 = 30 cm, P = 754,3 Tabel 4. Jarak S 1 dan S 2 yang tetap, tegangan tinggi jarak S 1 = S 2 = 40 cm, S 1 + S 2 = 80 cm, P = 757,6 mmhg ; T = 27,8 C Tabel 8. Jarak S 2 yang tetap, jarak S 1 yang variabel, tetap, untuk jarak S 2 = 40 cm, P = 754,3 Tabel 5. Jarak S 1 dan S 2 yang tetap, tegangan tinggi jarak S 1 = S 2 = 50 cm, S 1 + S 2 = 100 cm, P = 757,6 mmhg ; T = 27,8 C Tabel 9. Jarak S 2 yang tetap, jarak S 1 yang variabel, tetap, untuk, jarak S 2 = 50 cm, P = 754,3 copyright DTE FT USU 126
Tabel 10. Jarak S 1 yang tetap, jarak S 2 yang variabel, tetap, untuk jarak S 1 = 20 cm, P = 754,4 Tabel 13. Jarak S 1 yang tetap, jarak S 2 yang variabel, tetap, untuk jarak S 1 = 50 cm, P = 754,4 Tabel 11. Jarak S 1 yang tetap, jarak S 2 yang variabel, tetap, untuk jarak S 1 = 30 cm, P = 754,4 Dari hasil percobaan pada Tabel 2 sampai Tabel 13 dapat dihitung persentasi penurunan induksi tegangan pada saluran tegangan rendah (kabel NYA) seperti diperlihatkan persamaan (7). % Penurunan = x 100% (7) Tabel 12. Jarak S 1 yang tetap, jarak S 2 yang variabel, tetap, untuk jarak S 1 = 40 cm,p = 754,4 Dimana : V o = induksi tegangan pada saluran tegangan rendah (kabel NYA) tanpa perisai mesh. V 1 = induksi tegangan pada saluran tegangan rendah (kabel NYA) dengan perisai mesh tanpa dan ditanahkan pada setiap mesh. Persentasi dari penurunan induksi tegangan terhadap setiap mesh diperlihatkan dalam setiap grafik pada Gambar 6 yang memperlihatkan bahwa semakin banyak jumlah mesh, maka semakin besar presentasi penurunan induksi tegangan. copyright DTE FT USU 127
Gambar 6. Grafik untuk percobaan dengan jarak S 1 dan S 2 yang tetap, tegangan tinggi (Vt) yang dibangkitkan pada kawat BC adalah variabel. Dimana jarak S 1 = S 2 = 20 cm, S 1 + S 2 = 40 cm. a. tanpa ditanahakan. b. ditanahkan. c. tanpa ditanahkan dan ditanahkan. 5. Kesimpulan a b Dari hasil analisis data yang diperoleh dari percobaaan yang dilakukan, maka dapat ditarik beberapa kesimpulan sebagai berikut : 1. Semakin banyak jumlah perisai mesh, maka persentasi penurunan tegangan induksi semakin tinggi. 2. Tegangan induksi yang timbul pada kabel tegangan rendah akan semakin kecil apabila perisai mesh tersebut ditanahkan jika dibandingkan tanpa ditanahkan. 3. Semakin jauh jarak perisai mesh dari kawat BC, maka tegangan induksinya semakin berkurang. 4. Besar induksi tegangan yang dihasilkan dengan jarak perisai mesh terhadap sumber medan listrik (kawat BC) yang tetap dan jarak perisai mesh terhadap saluran tegangan rendah (kabel NYA) yang variabel adalah lebih besar jikalau dibandingkan dengan besar induksi tegangan yang dihasilkan dengan jarak perisai mesh terhadap sumber medan listrik (kawat BC) yang variabel dan jarak perisai mesh terhadap saluran tegangan rendah (kabel NYA) yang tetap. Referensi c [1] SNI 04-0225-2000. Ketentuan Tentang Tegangan Pengenal dan Tegangan Kerja. Standar Nasional Indonesia, 2000. [2] William H. Hayt, Jr. John A. Buck.2001. Engineering Electromagnetics. Sixth Edition, The McGraw Companies. [3] Kodali, V. Prasad. 1996. Engineering Electromagnetic Compatibility Principles, Measurements, and Technologies. New York : The Institute ofelectrical and Electronics Engineers, Inc. [4] Ott, Henry W. 1975. Noise Reduction Techniques in Electronic System. New York : John Wiley & Sons. copyright DTE FT USU 128