Pembangkitan Teknik Tegangan Tinggi AC
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Yang dimaksud
dengan tegangan tinggi dalam dunia teknik tenaga listrik (elektrik power
engineering) adalah semua tegangan yang dianggap cukup tinggi oleh kaum teknisi
listrik sehingga diperlukan pengujian dan pengukuran tegangan tinggi yang
semuanya bersifat khusus dan memerlukan teknik-teknik tertentu (sujektif), atau
dmana gejala-gejala tegangan tinggi mulai terjadi (objektif). Batas yang
menyatakan kapan suatu tegangan dapat dikatakan tinggi H.V (high Voltage), dan
kapan sudah ahrus dsebut tinggi sekali E.H.V (Extra High Voltage) serta Ultra
tinggi U.H.V (Ultra High Voltage).
Pengetahuan
mengenai tegangan tinggi telah mengalami perkembangan yang pesat. Terdapat tiga
jenis tegangan tinggi yaitu tegangan tinggi bolak-balik (AC), tegangan tinggi
searah (DC), dan tegangan tinggi impuls. Studi mengenai tegangan tinggi
memiliki cakupan yang cukup luas seperti pembangkitan tegangan tinggi, teknik
isolasi, gejala tembus listrik fenomena tegangan tinggi, medan listrik.
Tegangan tinggi memiliki berbagai manfaat dan aplikasi antara lain untuk sumber
tenaga listrik untuk mensuplai kebutuhan listrik, pengujian bahan isolasi,
kebutuhan studi dan penelitian di Laboratorium, penyerap elektrostatis,
pembangkit plasma, dan lain – lain.
Untuk
menghasilkan tegangan tinggi dapat menggunakan peralatan pembangkit tegangan
tinggi bolak-balik (AC), peralatan pembangkit tegangan tinggi searah (DC) dan
peralatan pembangkit tegangan tinggi impuls. Akan tetapi, peralatan pembangkit
tegangan tinggi yang ada sekarang ini masih dalam sistem yang besar, susah
dalam pengoperasiannya, dan memakan biaya yang mahal. Selain itu pembangkit
tegangan tinggi AC yang ada umumnya memiliki frekuensi rendah (50 Hz). Untuk
itu dibutuhkan sebuah alat pembangkit tegangan tinggi AC frekuensi tinggi yang
memiliki dimensi tidak terlalu besar, mudah dioperasikan, dan tidak memakan
biaya yang mahal.
1.2 Rumusan Masalah
1) Teknik pembangkitan tegangan tinggi
bolak-balik dengan frekuensi rendah dan frekuensi tinggi.
2) Teknik pembangkitan tegangan tinggi ac
dengan menggunakan kumparan tesla.
1.3 Manfaat
1) Untuk menambah wawasan mahasiswa mengenai
Teknik Pembangkitan Tegangan Tinggi AC.
2) Untuk mengetahui bagaimana teknik
pembangkitan dan pengujian tegangan tinggi bolak-balik dari beberapa frekuensi.
3) Agar mahasiswa mampu memahami konsep dari
pembangkitan tegangan tinggi ac dengan menggunakan kumparan tesla.
BAB II
PEMBAHASAN
2.1 Dasar
Teori
Bentuk tegangan tinggi yang
dibangkitkan dapat berupa: Tegangan AC, DC (konstan)atau Impuls. Tegangan AC
dan DC digunakan untuk transmisi daya listrik, juga dipakaiuntuk tujuan
pengujian. Sedangkan tegangan tinggi Impuls dibutuhkan untuk
investigasirenspons isolasi pada system transmisi (termasuk peralatan) terhadap
gangguan transienakibat Surja hubung dan surja petir.Pembangkitan tegangan
tinggi AC dapat dilakukan dengan menggunakan Generator sinkron (motor-driven
synchronous generator), namun kebanyakan menggunakan trafo ujisatu phasa yang
disupply oleh tegangan distribusi (110 V atau 240 V, 50/60 Hz). Untuk keperluan
pengujian tegangan tinggi, dituntut tegangan yang naik secara perlahan-lahan( smooth
and gradually). Untuk itu tegangan input distribusi yang merupakan fixed
mainsVoltage terhubung dengan variable-voltage transformer yang berfungsi
sebagai pengatur tegangan pada sisi primer trafo uji tegangan tinggi.
2.1.1. Trafo uji
Tegangan
tinggi bolak balik diperoleh dari suatu trafo yang disebut trafo uji, yaitu trafo
satu fasa yang mempunyai perbandingan belitan yang jauh lebih besar daripada
trafo daya. Rangkaian pembangkitan tegangan bolak balik ditunjukkan pada gambar
1.
Gambar 1.
Rangkaian pembangkit tegangan tinggi ac
Bagian utama
trafo uji adalah isolasi, yang digunakan untuk mengisolir kumparan tegangan
tinggi dengan inti, tangki, dan kumparan tegangan rendah. Harga suatu trafo uji
terutama ditentukan oleh harga isolasinya. Isolasi ini dirancang agar mampu
memikul tegangan maksimum yang dibangkitkan. Saat trafo uji bekerja, terjadi
terpaan elektrik pada isolasinya. Tebal isolasi yang digunakan pada trafo uji
sebanding dengan terpaan elektrik yang dipikul isolasi tersebut. Jika tepaan
elektrik yang dipikul suatu isolasi semakin besar, maka isolasi harus semakin tebal
sehingga volume isolasi semakin banyak. Oleh karena itu, terpaan elektrik pada
isolasi pada trafo uji harus diusahakan sekecil mungkin agar isolasi yang
digunkan juga sesedikit mungkin. Konstuksi lilitan dan isolasinya harus
dirancang sedemikian rupa sehingga dihasilkan terpaaan elektrik merata.
Untuk
membangkitkan tegangan tinggi beberapa ratus kV, lebih menguntungkan jika
beberapa unit trafo dihubungkan secara kaskade. Pada gambar 2 ditunjukkan
susunan dan hubungan tiga unit trafo yang dihubungkan secara kaskade.
Gambar 2.
Trafo uji susunan kaskade
Dalam
hubungan kaskade ini perlu diperhatikan kemampuan isolasi memikul tegangan ke
tanah dan kapasitas kumparan primer masing-masing unit trafo. Misalnya ada N
unt trafo masing-masing bertegangan nominal V1/V2 dan kumparan sekundernya
masing-masing berkapasitas S1. Jika trafo-trafo ini dihubungkan secara kaskade
maka kapasitas kumparan primer masing-masing trafo minimal adalah sebagai
berikut:
Sn = N x S1 – (n-1) S1
Sedang
isolasi trafo ke-n harus didukung dengan isolator tambahan yang mampu memikul
tegangan sebesar:
Vi-n = (n-1) x V2
Trafo tesla
adalah pembangkit tegangan tinggi bolak-balik frekuensi tinggi yang digunakan
untuk melihat ada tidaknya keretakan dan kantong udara pada isolator.
Belitan
primer dirancang dapat memikul tegangan sampai 10 kV, sedangkan belitan
sekundernya dapat membangkitkan tegangan 500-1000 kV. Belitan primer dicatu
oleh tegangan dc atau ac melalui kondensator pemuat C1. Jika sela F dipicu,
maka terjadi osilasi frekuensi tinggi pada rangkaian primer. Arus primer
berfrekuensi tinggi ini menginduksikan tegangan berfrekuensi tinggi di kumparan
sekunder. Frekuensi osilasi tergantung kepada harga C1, L1, M, L2, dan C2.
Osilasi akhirnya teredam karena adanya tahanan kumparan R1 dan R2.
2.1.2. Single step up Transformers
Tegangan
input (main supply) sebelum disupply ke kumparan primer trafo uji,
terlebihdahulu melalui variable transformer (yaitu: variable voltage toroidal
auto-transformer,variac), rating dari Test-set commercial berupa tegangan out
put dalam kV dan daya dalam kVA. Adapun
konstruksi dari test-set dibagi kedalam 2 katagori, yaitu:
(1) Portable
unit,
Dengan
tegangan out put hingga 50 kV dan rating daya 1-2 kVA
(2)Large fixed unit,
Dapat
beroperasi hingga 200 kV, rating daya output nya besar dan ditentukan oleh factor-faktor
fisik dan berat, yang dapat mecapai 100 kVA
Jika terjadi
flash over, atau breakdown internal pada obyek uji, maka sudah barangtentu
transformer sebagaimana gambar 1. akan mengalami kondisi over load dan short
circuit.Konsekwensinya, isolasi dari trafo uji harus didesign tahan terhadap
tegangan tinggi surjayang menyebabkan kegagalan pada obyek uji.
Tegangan
tinggi bolak-balik diperoleh dari suatu trafo satu fasa dengan perbandingan
belitan yang jauh lebih besar daripada trafo daya yang biasa disebut trafo uji.
Belitan primer trafo dihubungkan ke sumber tegangan rendah bolak-balik,
220VAC/50 Hz. Belitan sekundernya membangkitkan tegangan tinggi dalam orde
ratusan kilovolt.
Rangkaian
pembangkit tegangan tinggi bolak-balik pada Gambar 2 membangkitkan tegangan
tinggi bolak-balik pada frekuensi jala-jala (50/60 Hz).
2.2. Teknik Pembangkitan Dan Pengujian Dengan
Tegangan Tinggi Bolak-Balik Frekuensi Rendah
2.2.1. Keperluan
dan Fungsi Pengujian
Sebagai
dinyatakan lebih dahulu, dalam praktek operasi system sehari-hari mungkin
terjadi tegangan lebih yang ditimbulkan oleh factor-faktor dalam system itu
sendiri. Tegangan lebih dalam ini dapat dibagi menjadi dua kategori :
a. Kenaikan amplituda tegangan bolak balik
dengan frekuensi rendah, disebut tegangan lebih stasioner.
b. Tegangan lebih peralihan (transien),
Kenaikan
tegangan dengan frekuensi rendah dapat ditimbulkan, misalnya oleh putusnya
kawat tegangan tinggi yang panjangnya melebihi suatu batas tertentu, atau
karena adanya hubungan singkat pada kawat-kawat transmisi antara satu atau dua
fasa dengan tanah. Oleh Karena hal ini pengujian tegangan tinggi bolak balik
yang berfrekwensi rendah diperlukan, yaitu untuk menyelidiki apakah peralatan
listrik yang terpasang pada jaringan tegangan tinggi dapat menahan tegangan
lebih tersebut untuk waktu terbatas.
2.2.2. Transformator Pembangkit Tegangan Tinggi
untuk Pengujian
a. Ciri-ciri Transformator penguji
· Perbandingan lilitan besar
· Kapasitas kVA kecil
· Satu phasa (kecuali keperluan khusus
perlu 3 Phasa)
· Salah satu ujung lilitan di ketanahkan
· Perencanaan isolasi hanya
diperhitungkan sampai tegangan uji maksimum.(Tidak diharapkan menerima
OverVoltage)
· Konstruksi sedemikian sehingga gradien
tegangan (dV/dt) seragam dan osilasi dapat diabaikan
b. Kontruksi Transformator Penguji
Oleh karena kapasitasnya yang
rendah dan waktu pemakaiannya yang pendek (50 menit sampai 1 jam), maka praktis
tidak ada pendinginan trafo tersebut seperti pada trafo tenaga. Ciri-ciri
Kontruksi trafo uji antara lain:
· Pengoperasian singkat à tidak ada masalah pendinginan trafo
· Sistem Isolasi Minyak
· Inti umumnya Core Type
· Lilitan berbentuk (50-60 kV)
Lilitan berbentuk “Polylayer
Polyline Wound Disc Winding” dipakai untuk trafo yang tegangannya kurang dari
50-60kV, lihat gambar 6. Lilitan Primer digulung di Inti, sedangkan lilitan
sekundernya digulung di luar lilitan primernya. Distribusi tegangan tidak
linier, jadi ditambahkan perisai statis)
– Fortesque (100 kV)
Untuk
mendapatkan isolasi yang ekonomis dan gradien tegangan yang seragam maka
dililit cara Fortesque. Primer di dekat inti, lilitan sekunder menjauh
membentuk kerucut.
– Fischer
Gulungan
primer dililitkan dekat inti, sedangkan gulungan sekunder dililtkan berturut2
diluarnya sehingg tegang tertinggi yang terjauh dari inti.
2.2.3. Karateristik Transformator Penguji
Karena lilitan banyak disebabkan
perbandingan kumparan besar maka kapasitansi tersebar (Distributed Capacitance)
besar. Arus pemuat (excitasi) besar maka hasinya adalah Arus Leading, akibatnya
tegangan menjadi naik/tinggi daripada tegangan yang ditentukan perbandingan
lilitan. Cara mengatasiny yaitu dengan membuat sela udara di dalam inti dan
membesarkan arus pembangkit.
Berhubung dengan kapasitansi tersebar
(Distributed Capacitance) besar dan adanya reaktansi yang besar maka timbullah Resonansi yang frekuensinya mempunyai
kebesaran beberapa ratus Hertz. (Lihat Tabel). Jika bentuk gelombang tidak
sempurna, maka akan timbullah perubahan bentuk yang lebih besar lagi yang
ditimbulkan resonansi diatas. Hala ini berakibat bahwa tegangan yang dihasilkan
tidak lagi dapat diperkirakan dari perbandingan kumparan. dan cara mengatasinya
yakni dengan cara Pembangkit gelombang sinus dan meredam resonansi atau dengan filter.
2.3. Teknik Pembangkitan Dan Pengujian Dengan
Tegangan Tinggi Bolak-Balik Frekuensi Tinggi
Frekuensi
tinggi tegangan tinggi dibutuhkan untuk rectifier supply daya d.c. dan
menggunakan transformator frekuensi tinggi. Keuntungan transformator frekuensi
tinggi:
· tidak diperlukan inti besi pada
transformer sehingga menghemat biaya dan ukuran.
· output gelombang sinus murni.
· peningkatan tegangan lambat melalui beberapa siklus
sehingga tidak ada kerusakan karena pergantian gelombang (sentakan).
· distribusi seragam tergangan melewati
lilitan koil karena pembagian koil stack menjadi sejumlah unit.
2.3.1. Keperluan dan Fungsi Pengujian
Untuk
mengetahui adanya kerusakan-kerusakan mekanis (keretakan, kantong udara, dsb)
pada isolator terutama porselen, dipakai tegangan tinggi yang berfrekuensi
tinggi. Tegangan tinggi diperlukan untuk memungkinkan adanya lompatan api,
sedangkan frekuensi tinggi diadakan untuk menyelenggarakan rambatan pada kulit
isolator yang di uji (skin effect). Oleh karena frekuensinya tinggi, maka
penembusan tidak akan terjadi, sebab arus bocor yang timbul akan melalui
permukaan isolator tersebut. Untuk mudahnya dapat dikatakan bahwa apabila apiny
terlihat dari luar, maka isolator yang diuji tidak mempunyai keretakan,
sedangkan bila apinya tidak terlihat, maka isolator tersebut mempunyai
keretakan atau kantong udaradidalamnya, artinya tidak baik.
2.3.2. Gulungan Tesla
Alat yang
dipakai untuk membangkitkan tegangan bolak-balik frekuensi tinggi guna
keperluan diatas disebut gulungan tesla.
Sela pencetus
S menutup sirkuit primer apabila C1 yang mendapat tenaga dari sebuah sumber
mencapai tegangan tertentu. Oleh karena itu maka timbullah osilasi sirkuit
primer, yang kemudian dipindahkan ke sirkuit kedua berhubung dengan adanya
ikatan (coupling). Oleh karena pemindahan tenaga, maka tegangan primer menjadi
turun, sedangkan tegangan skunder naik. Oleh karena ikatan yang sama maka
proses diulangi tetapi dengan jurusan berlawanan. Demikian seterusnya, meskipun
demikian fenomena ini akhirnya berhenti juga karena peredaran tahanan (R1 dan
R2).
Apabila L1C1 = L2C2, maka tegangan
sekunder adalah:
V2 =
Φ
Dimana:
V2 = tegangan primer
L12 = “mutual coupling” gulungan sekunder
terhadap primer
L21 = “mutual coupling” gulungan primer
terhadap sekunder
L21 > L12
Φ = є-б1t cos
- є-б2t cos
k =; k’ = ω2 >
ω1 б2
> б1
б1’ = ;
б1 = ;
T = 2π = 2π
Dimana “p” menyatakan suatu
efisiensi tegangan, yang juga mennyatakan hubungan tenaga yang tersimpan dalam
sirkuit primer dan sekunder.
U2 =
p2 U1
Dimana
U1 = ½
C1 V12
U2
= ½ C2
V22
Gulungannya biasanya dipasang
dalam sebuah tabung porselen. Dengan demikian tidak terdapat bahaya karena
tegangan tinggi. Sela udaranya diadakan oleh dua buah bola yang berputar untuk
menghindarkan keausan pada suatu titik tertentu. Pada panel pengatur saklar
utama, saklar untuk penyediaan tenaga, voltmeter, ampermeter, lampu yang
menunjukkan bekerja atau tidaknya alat tersebut, dan terminal tanah untuk
pengamanan. Contoh kontruksi transformator tesla 1500 kV dengan frekuensi
50.000 Hz tertera pada gambar 11. tabung porselennya terletak diatas.
1 = tabung
porselen
4 = sela
2 = gulungan frekuensi
tinggi 5 = roda
berputar
3 = kapasitor
6 = tabung frekuensi rendah
2.4. Perancangan Pembangkit Tegangan Tinggi AC
Frekuensi Tinggi Dengan Kumparan Tesla Menggunakan Inverter Jenis Push-Pull
2.4.1 Kumparan Tesla
Secara
sederhana kumparan Tesla dapat dibuat dengan beberapa komponen dasar seperti
terlihat pada Gambar 12. Terdiri atas trafo yang membangkitkan tegangan tinggi
sekitar 5 – 30 kV. Trafo tegangan tinggi ini akan memuati kapasitor primer (CP)
melalui kumparan primer (LP). LP terdiri dari beberapa lilitan kawat tebal yang
mempunyai hambatan rendah.
Ketika CP
telah termuati maka beda potensial diantara elektroda-elektroda celah udara
(spark gap) cukup tinggi sehingga terjadilah aliran arus dan mengakibatkan
terjadinya breakdown udara. Saat spark gap terhubung, CP dan LP akan membentuk
rangkaian resonansi dengan frekuensi resonansi yang besarnya ditentukan oleh
nilai CP dan LP.
Medan
elektromagnet yang dihasilkan oleh LP sebagaian akan diinduksikan ke kumparan
sekunder (LS). LS adalah kumparan yang terbuat dari kawat tipis dengan jumlah
lilitan tertentu. Ujung atas dari LS akan dihubungkan dengan toroid yang
mempunyai kapasitansi tertentu sedangkan ujung bawah akan terhubung dengan
tanah (ground). LS dan toroid akan membentuk rangkaian resonansi. Jika
frekuensi resonansi LS dan toroid cukup dekat dengan frekuensi rangkaian primer
maka pada toroid akan terbangkitkan tegangan ekstra tinggi. Tegangan ekstra
tinggi yang terbangkitkan cukup untuk membuat terjadinya breakdown udara dan hal
ini ditandai dengan adanya flashover yang keluar dari permukaan toroid ke udara
sekitarnya. Dan ketika terjadi discharge pada kapasitor sekunder (toroid),
spark gap akan terbuka dan proses yang sama akan terulang lagi.
2.4.2 Prinsip Kerja Kumparan Tesla Dengan Inverter
Push - Pull
Pada umumnya
kumparan Tesla menggunakan prinsip kopling magnetik, dimana antara kumparan
primer dan sekunder Tesla terhubung secara magnetik. Kumparan Tesla dengan
prinsip kopling langsung belum begitu popular di seputar pengetahuan mengenai
kumparan Tesla, yang umumnya menggunakan prinsip kopling magnetik. Tesla
kopling langsung memang bukan hal baru dalam dunia kumparan Tesla, tetapi hal
ini jarang terlihat. Jadi kumparan Tesla terhubung secara langsung dengan
piranti semikonduktor (inverter push – pull).
Kumparan
Tesla tampak seperti rangkaian RLC seri. Hal ini berdasarkan adanya kapasitansi
toroid dengan ground (tanah). Jadi dalam kumparan Tesla terdapat nilai, resistif
induktif, dan kapasitif. Kumparan Tesla didrive secara langsung oleh piranti
semikonduktor yaitu inverter push - pull. Rangkaian RLC seri memiliki impedansi
relative kecil saat mencapai frekuensi resonan. Ketika frekuensi osilator sama
dengan frekuensi pada kumparan Tesla maka akan beresonansi. Ketika mencapai
kondisi resonan maka reaktansi induktor (XL) sama besar dengan reaktansi
konduktor (XC) (saling meniadakan) sehingga impedansi yang terjadi adalah Z =
R, jadi nilai impedansi RLC pada Tesla saat kondisi resonan adalah sama dengan
nilai resistif. Nilai resistif ( R ) pada kumparan Tesla adalah resistansi diri
pada konduktor yang memiliki nilai sangat kecil karena nilai resistif sangat
kecil maka arus yang mengalir pada kumparan Tesla optimal. Kemudian dengan
adanya nilai induktor yang sangat besar dan nilai kapasitor yang sangat kecil
sehingga akan menghasikan korona pada ujung toroid kumparan Tesla.
Tesla
merupakan sebuah rangkaian R-L-C seri. Pada rangkaian R-L-C seri berlaku rumus
impedansi sebagai berikut:
Z = R + j( XL
- XC)
Z= R j(wL- 1/
wC)
Ketika
mencapai nilai resonan maka nilai XL=XC, dari rumus di atas maka dapat dilihat
bahwa XL dan XC akan saling meniadakan sehingga dapat dirumuskan sebagai
berikut:
XL = XC
ωL = ωL - = 0 , sehingga
Z = R+ j(ωL-) , jadi
Z=R
Seperti yang
telah dijelaskan di atas bahwa nilai R yang dimaksud adalah resistansi yang
terdapat pada induktor yang nilainya sangat kecil. Karena nilai R sangat kecil
maka arus (i) yang mengalir pada rangkaian sangat besar. Pada kumparan Tesla
saat kondisi resonan nilai arus yang mengalir besar karena nilai impedansi yang
merupakan nilai resistansi kumparan Tesla sangat kecil sehingga tegangan yang
dihasilkanpun besar. Dengan adanya nilai induktansi induktor yang sangat besar
maka tegangan yang dihasilkan pada kumparan Tesla menjadi sangat besar. Karena
nilai kapasitor (toroid) sangat kecil sehingga tegangan ekstra tinggi yang
terbangkitkan cukup untuk membuat terjadinya breakdown udara dan hal ini
ditandai dengan adanya flashover yang keluar dari permukaan toroid ke udara
sekitarnya.
2.4.3 Lilitan Kumparan Tesla
Nilai
induktansi lilitan primer dihitung menggunakan
rumus
berikut:
L = R.H.N
dimana :
L adalah
induktansi sekunder (mH)
R adalah
jari-jari kumparan sekunder (cm)
H adalah
tinggi kumparan sekunder (cm)
N adalah
jumlah lilitan
2.4.4 Toroid
Toroid
terbuat dari bahan konduktor yang dibentuk menyerupai kue donat. Toroid pada
kumparan Tesla berfungsi sebagai kapasitor dengan sisi positifnya toroid itu
sendiri dan sisi negatifnya adalah tanah (ground), sedangkan yang berfungsi
sebagai dielektrik adalah udara. Nilai kapasitansi toroid ditentukan dengan
rumus 2.5.
CT = 28. dimana
:
CT adalah
kapasitansi toroid (pF)
d1 adalah
diameter toroid (cm)
d2 adalah
diameter selubung (cm)
2.4.5 Inverter
Fungsi
inverter adalah mengubah tegangan masukan DC menjadi tegangan keluaran AC yang
simetris dengan amplitudo dan frekuensi tertentu. Tegangan outputnya dapat
tetap maupun variabel dengan frekuensi tetap maupun variable pula.
2.4.5.1. Prinsip Kerja Inverter
Sumber DC
yang diperlukan inverter berasal dari tegangan AC yang disearahkan. Untuk
mendapatkan keluaran yang dikehendaki digunakan rangkaian kontrol. Rangkaian
kontrol ini berfungsi untuk mengatur frekuensi dan amplitudo gelombang
keluaran.
Penyearah
berfungsi untuk menghasilkan sumber tegangan DC yang diperlukan sebagai masukan
inverter, karena sumber tegangan yang digunakan adalah sumber tegangan jala -
jala AC 1 fasa dari PLN. Inverter mode saklar ( switch mode inverter )
merupakan rangkaian utama dari sistem, berfungsi membalikkan tegangan searah
dari penyearah ke tegangan AC. Disebut mode saklar karena kerjanya menggunakan
teknik pensaklaran (switching). Sedangkan rangkaian kontrol berfungsi untuk
mengendalikan proses switching yang terjadi pada inverter mode saklar. Pada
perancangan pembangkit tegangan tinggi menggunakan kumparan Tesla ini digunakan
inverter Dorong Tarik ( Push Pull / Centre Tapped Load )
2.4.5.2. Inverter jenis push-pull
Dengan menutup
S1 maka arus yang mengalir ke trafo adalah I1, sedangkan pada saat menutupnya
S2 (S1 buka) maka yang mengalir adalah I2. Selanjutnya dengan mengulang-ulang
proses diatas maka akan dihasilkan tegangan bolak-balik (AC) yang kemudian
tegangannya dinaikkan dengan transformator seperti ditunjukkan pada gambar
17.b. Sedangkan untuk mengatur frekuensi keluaran (f) dapat dilakukan dengan
mengubah-ubah waktu pensaklaran (T) sesuai persamaan 2.6 berikut:
f = 1/T
(Hz)
2.4.6 Rangkaian Driver dan Isolator Pulsa
Pulsa yang
dihasilkan oleh rangkaian pemicuan tidak cukup untuk membuat rangkaian saklar
bekerja, untuk itulah diperlukan rangkaian driver. Selain berfungsi sebagai
penggerak rangkaian daya, rangkaian driver juga berfungsi sebagai isolator
sehingga rangkaian pemicuan dan rangkaian daya tidak terhubung secara listrik.
Pada tugas akhir ini menggunakan transformator pulsa sebagai rangkaian driver
sehingga rangkaian pemicuan dan rangkaian daya terhubung secara magnetis.
Transformator
pulsa memiliki satu belitan primer dan satu atau lebih belitan sekunder.
Belitan sekundernya dapat disesuaikan dengan rangkaian daya yang digunakan dan
komponen pensaklarannya. Transformator yang digunakan hendaknya memiliki
induktansi bocor yang sangat kecil dan waktu naik untuk pulsa keluarannya
hendaknya sangat kecil pula. Pada pulsa yang relative panjang dan frekuensi
switching yang rendah, tranformator akan mengalami saturasi dan keluarannya
akan terdistorsi.
2.4.7 MOSFET
MOSFET
merupakan singkatan dari Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor yang
merepresentasikan bahan-bahan penyusunnya yang terdiri dari logam, oksida dan
semikonduktor. Terdapat 2 jenis MOSFET yaitu tipe NPN atau N channel dan PNP
atau biasa disebut P channel. MOSFET dibuat dengan meletakkan lapisan oksida
pada semikonduktor dari tipe NPN maupun PNP dan lapisan logam diletakkan
diatasnya.
2.4.8 Penyearah (Rectifier)
Rangkaian
penyearah adalah suatu rangkaian yang mengubah tegangan bolak-balik (AC)
menjadi tegangan searah (DC). Macam-macam penyearah :
1. Penyearah
Setengah Gelombang
2. Penyearah
Gelombang Penuh Dengan Tap Tengah
3. Penyearah
Jembatan (bridge)
2.4.9 Filter Kapasitor
Filter
kapasitor digunakan untuk menghaluskan keluaran penyearah yang mengandung riak,
dimana kapasitor akan menyimpan muatan selama dioda terbias maju dan bila dioda
terbias mundur muatan yang tersimpan akan dikeluarkan bila potensial keluaran
lebih rendah.
BAB III
PENUTUP
3.1. Kesimpulan
Dari isi
makalah ini telah dijelaskan tentang teknik pembangkitan tegangan tinggi
bolak-balik/AC maka didapatkan kesimpulan sebagai berikut:
· Terdapat tiga jenis tegangan tinggi
yaitu tegangan tinggi bolak-balik (AC), tegangan tinggi searah (DC), dan
tegangan tinggi impuls.
· Tegangan tinggi bolak-balik diperoleh
dari suatu trafo yang disebut trafo uji, yaitu trafo satu fasa yang mempunyai
perbandingan belitan yang jauh lebih besar daripada trafo daya.
· Kenaikan tegangan dengan frekuensi
rendah dapat ditimbulkan seperti oleh putusnya kawat tegangan tinggi yang
panjangnya melebihi suatu batas tertentu, atau karena adanya hubungan singkat
pada kawat-kawat transmisi antara satu atau dua fasa dengan tanah.
· Tegangan tinggi yang berfrekuensi
tinggi dipakai untuk mengetahui adanya kerusakan-kerusakan mekanis (keretakan,
kantong udara, dsb) pada isolator terutama porselen.
· Trafo tesla adalah pembangkit tegangan
tinggi bolak-balik frekuensi tinggi yang digunakan untuk melihat ada tidaknya
keretakan dan kantong udara pada isolator.
· Tegangan keluaran kumparan tesla
mempunyai nilai maksimal pada frekuensi resonansi. Menjalankan kumparan tesla
diluar frekuensi resonansi kumparan tesla jika terlalu jauh dari frekuensi
resonansi dapat mengakibatkan rusaknya kumparan tesla hal ini karena korona
yang terjadi semakin besar.
3.2. Saran
Kepada
teman-teman mahasiswa diharapkan perlu banyak memahami tentang teknik
pembangkitan dan pengukuran serta pengujian tegangan tinggi bolak-balik, searah
maupun impuls dengan menggali dan mengembangkan pengetahuan individu atau
pengalaman yang dialami sendiri (kontekstual) melalui belajar kelompok dan
berdiskusi antar teman. Kepada dosen di harapkan mengajarkan sifat berfikir
dengan penerapan pendekatan kontekstual kepada mahasiswa untuk menghubungkan
antara materi yang diajarkan dengan situasi dunia nyata seperti meninjau
langsung ke lokasi ataupun dengan melakukan praktikum untuk meningkatkan
kualitas mahasiswa.
REFERENSI
[1] Abduh,
Syamsir, Teknik Tegangan Tinggi, Penerbit Salemba Teknik, Jakarta, 2001.
[2] Tobing,
Bonggas L, Dasar Teknik Pengujian Tegangan Tinggi, Penerbit PT Gramedia,
Pustaka Utama, Jakarta, 2003.
[3] Fachrudin
t, Teknik Tegangan Tinggi, Penerbit Pradya Paramita, Jakarta, 1975.
[4] Habibi,
Tugas Akhir: Pembangkitan Tegangan Tinggi AC Menggunakan Kumparan
Tesla, Universitas Diponegoro, 2007.
[5] Mujahid
Wildan, Tugas Akhir : Perancangan Pembangkit Tegangan Tinggi AC
Frekuensi
Tinggi Dengan Kumparan Tesla Menggunakan Inverter Jenis
Push-Pull,Universitas Dipenogoro, 2009
[6]
http:/www.alldatasheet.com
[7]
http:/www.schoolar.google.com
Komentar
Posting Komentar