Pembangkitan Tegangan Tinggi

PEMBANGKITAN TEGANGAN TINGGI

Pengetahuan dasar tentang generator dan rangkaian yang digunakan untuk pembengkitan tegangan tinggi sebagai dasar untuk bekerja pada teknologi tegangan tinggi.

Umumnya di pasaran tersedia generator tegangan tinggi yang di gunakan untuk pengetesan di laboratorium. Peralatan yang di gunakan seperti transformator, bushings, kabel, capasitor, switchgear

1. Tegangan DC

Dalam teknilogi tegangan tinggi dc biasanya digunakan untuk penelitian ilmu pengetahuan murni dan pengetesan peralatan yang terkait transmisi  HVDC. Tegangan tinggi dc secara luas di aplikasikan untuk (accelerators, electron microscopy) peralatan electromedical (X-ray), peralatan industry (electrostatic painting and powder coating)

• Penyearah setengah dan  penuh gelombang

Rangkaian penyearah untuk menghasilkan tegangan tinggi dc mungkin dari setengah gelombang , gelombang penuh dan pengganda tegangan, sekarang satu electron tube tersedia untuk peak inverse tangan sampai 250 kV, dan semikonduktor atau solid state diode sampai 20 kV.

• Rangkaian Cascade                                                                                                                                Tuntutan dari fisikawan untuk tegangan tinggi dc memaksa Perbaikan.Hal ini jelas bahwa setiap rangkaian multiplier di mana transformer, rectifier dan unit kapasitor hanya perlu menahan sebagian kecil dari total tegangan output akan memiliki keuntungan besar. Saat ini adabanyak rangkaian  kaskade standar yang tersedia untuk konversi sederhana ac untuktegangan tinggi DC. Namun, hanya beberapa sirkuit dasar akan diperlakukan.Pada tahun 1920 Greinacher , seorang fisikawan muda , mempublikasikan  rangkaian dengan
  perbaikan  pada tahun 1932 oleh Cockcroft dan Walton untuk menghasilkan positif – energi tinggi
  ion . Yang menarik dan bahkan bahkan  tahap pengembangan mereka. Rangkaian telah dibahas oleh Craggs dan meek . Untuk menunjukkan prinsip ‘ Cockcroft – Walton type’ , ditunjukkan pada Gambar . 2.3 , akan disajikan .HV output terbuka – hubung : I= 0 . Bagian 0 – N-  V (t) adalah setengah gelombang rangkaian penyearah di mana C’ n biaya hingga tegangan CV max jika V  t  memiliki mencapai potensi terendah . Vmax . Jika Cn masih bermuatan , yang Dn rectifier konduksi seperti V  (t)  meningkat . Sebagai potensi titik n’ ayunan sampai untuk +V2max selama periode T=1 / f , titik n mencapai lanjut pada stabil potensi +2Vmax jika V (t) telah mencapai potensi tertinggi +Vmax . itu
  bagian n’ – n –  0 karena itu penyearah setengah gelombang , di mana tegangan di D’n dapat diasumsikan a.c. yang sumber tegangan . Arus melalui Dn yang

Pembangkit Tegangan Tinggi Bolak-Balik

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.

Gambar 2.1 Rangkaian pembangkit tegangan tinggi bolak-balik

Belitan primer trafo dihubungkan ke sumber tegangan rendah bolak-balik, 220VAC/50 Hz. Belitan sekundernya membangkitkan tegangan tinggi dalam orde ratusan kilovolt.

Gambar 2.2 Tegangan keluaran belitan sekunder

Rangkaian pembangkit tegangan tinggi bolak-balik pada Gambar 2.1 membangkitkan tegangan tinggi bolak-balik pada frekuensi jala-jala (50/60 Hz). 2

Pembangkit Tegangan Tinggi Impuls

Ada tiga bentuk tegangan impuls yang mungkin dialami sistem tenaga listrik yaitu : tegangan impuls petir, tegangan impuls surja hubung, dan tegangan impuls terpotong.

Gambar 2.5 Jenis tegangan impuls

Alat pembangkit tegangan tinggi impuls antara lain adalah generator impuls RLC, generator impuls RC, dan generator marx. Untuk rangkaian generator impuls RC dapat dilihat pada gambar 2.6.

  Bentuk Tegangan Impuls

Ada tiga bentuk tegangan inpuls yang mungkin dialami dalam system tenaga listrik, yaitu:

1.      Tegangan impuls petir

2.      Tegangan impuls surja hubung

3.      Tegangan impuls terpotong

Muka gelombang merupakan bagian dari gelombang yang dimulai dari titik nol (nominal) sampai titik puncak (menurut IEC ditentukan dari titik nominal perpotongan antara sumbu waktu dengan garis lurus  yang menghubungkan 30% dan 90% dari tegangan puncak). Sedangkan ekor gelombang merupakan bagian dari puncak gelombang sampai turun 50% dari titik puncak. Bentuk Gelombang dinyatakan sebagai :

±(T_f x T_t) ms. [IEC: ±(1.2 x 50) ms ]

Untuk Surja hubung digunakan nilai :

[IEC: ±(250 x 2500) ms ]

Alat yang dapat digunakan untuk membangkitkan  tegangan tinggi impuls antara lain:

1.      Generator impuls RC

2.      Generator impuls RLC

3.      Generator Marx

     Cara Mengukur Tegangan Impuls

a.      Menggunakan Sela Bola

Sela bola sering digunakan untuk mengukur tegangan impuls. Sela bola harus selalu ditera dengan tegangan percik 50% dari sela bola standar. Sela bola standar adalah sela bola yang memenuhi syarat standar mengenai:

1.      Kwalitas

2.      Jarak sela

3.      Ukuran bola

Dalam keadaan udara tertentu, sela bola selalu mempunyai tegangan percik tertentu pula. Itulah sebabnya sela bola dapat dipakai sebagai alat ukur.

Bentuk kondisi bola elektroda

Syarat:

1.      Permukaannya licin

2.      Lengkungnya rata

3.      Permukaan bola harus bebas debu, minyak,dll

4.      Tahanan peredam dipasang seri dengan jarak minimum 2d
(d= diameter) dari bola diukur dari titik dimana terjadi percikan.

a.       Tegangan uji ac =100 kW s/d 1000 kW

b.      Tegangan uji impuls 500 W

b.      Menggunakan CRO

Dengan mengunakan Chatode-Ray Oscillograph (CRO) kita dapat :

–        Tegangan puncak

–        Bentuk gelombang

–        Ketidak normalan bentuk impuls (menggambarkan kerusakan alat uji)

CRO hanya bisa mengukur tegangan rendah saja, jadi untuk mengukur tegangan tinggi diperlukan pembagi tegangan (baik resistor atau kapasitor)

Single- stage sirkuit Generator
Dua sirkuit dasar untuk single -stage generator impuls ditunjukkan pada Gambar . 2.25 .
Kapasitor C1 secara perlahan diisi dari DC sumber sampai percikan kesenjangan G
rusak . gap Percikan ini bertindak sebagai tegangan – tegangan yang  membatasi dan peka
switch, yang pengapian waktu ( waktu untuk jatuh tegangan ) sangat pendek
dibandingkan dengan T1 . Sebagai generator tunggal –stage tersebut dapat digunakan untuk pengisian
tegangan dari beberapa kV sampai sekitar 1mV ,gap bola ( lihat Bab 3 ,
Bagian 3.1 )

Tegangan output VT Oleh karena itu adalah superposisi dari dua fungsi eksponensial
tanda-tanda yang berbeda˛. Sebuah grafik ekspresi (eqn (2.26)) ditunjukkan pada Gambar. 2.26, dan perbandingan dengan Gambar 2.23 dan 2.24 menunjukkan kemungkinan untuk menghasilkan kedua jenis tegangan impuls
dengan sirkuit ini.

Kumparan Tesla

Kumparan tesla dapat dibuat dengan komponen dasar seperti terlihat pada Gambar 2.7. Terdiri dari trafo yang membangkitkan tegangan tinggi sekitar 5 – 30 kV. Trafo tegangan tinggi ini akan memuati kapasitor primer melalui kumparan primer LP. LP terdiri dari 5 – 20 lilitan kawat tebal yang mempunyai hambatan rendah.

Ketika C 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 gapterhubung, C akan terhubung parallel dengan LP dan akan membentuk rangkaian resonansi dengan frekuensi resonansi yang besarnya ditentukan oleh nilai CP dan LP.

Medan elektromagnet yang dihasilkan oleh LP sebagaian akan terinduksikan ke kumparan sekunder LS. Ujung atas dari LS akan dihubungkan dengan toroid yang mempunyai kapasitansi sekitar 15 – 30 pF sedangkan ujung bawah akan terhubung dengan 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. Dan ketika terjadi discharge pada CP, spark gapakan terbuka dan proses yang sama akan terulang lagi.

Sumber:

Ahmad Habibi, Makalah seminar tugas akhir Pembangkitan tegangan tinggi bolak – balik frekuensi tinggi menggunakan kumparan tesla,Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro.

E. Kuffel
Dean Emeritus,High Voltage Engineering Fundamentals Second edition,University of Manitoba, Winnipeg, Canada