Transcript
8/17/2019 Tegangan Tinggi Impuls
http://slidepdf.com/reader/full/tegangan-tinggi-impuls 1/31
6
BAB II
TEGANGAN TINGGI IMPULS
2.1 TEGANGAN 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. [1]
t
V
t
V V
t
(a) Impuls petir (b) Impuls hubung-buka (c) Impuls petir terpotong
Gambar 2.1 Jenis tegangan impuls
Tegangan impuls didefinisikan sebagai suatu gelombang yang berbentuk
eksponensial ganda yang dapat dinyatakan dengan persamaan:
(2.1)
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. [2]
Universitas Sumatera Utara
8/17/2019 Tegangan Tinggi Impuls
http://slidepdf.com/reader/full/tegangan-tinggi-impuls 2/31
7
Definisi bentuk gelombang impuls [2]:
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 (T f ) 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 (T t ) 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. [1]
Suatu tegangan impuls dinyatakan dengan tiga besaran yaitu tegangan
puncaknya (V maks), waktu muka (T f ), dan waktu ekor (T t ). Menurut IEC waktu
muka dan waktu ekor untuk tegangan impuls petir adalah
Universitas Sumatera Utara
8/17/2019 Tegangan Tinggi Impuls
http://slidepdf.com/reader/full/tegangan-tinggi-impuls 3/31
8
1,0
0,9
0,3
0,5
A
B
0O’
T f
T t
V
t
Gambar 2.2 Tegangan impuls petir berdasarkan standar IEC
Waktu muka dan waktu ekor yang dihasilkan generator impuls tidak selalu
tepat seperti yang diinginkan. Misalnya, untuk tegangan impuls petir berdasarkan
standar IEC, penyimpangan waktu muka (T f ) yang ditolerir adalah ±30%, sedang
penyimpangan waktu ekor (T t ) yang ditolerir adalah ±20%. Untuk tegangan
impuls hubung buka, penyimpangan waktu muka (T f ) yang ditolerir adalah ±20%,
sedang penyimpangan waktu ekor (T t ) yang ditolerir adalah ±60%. Dengan
demikian, waktu muka (T f ) dan waktu ekor (T t ) berdasarkan standar IEC dapat
dituliskan sebagai berikut [1]:
Tegangan impuls petir:
Tegangan impuls hubung buka: 60%
Standar bentuk gelombang impuls petir yang dipakai oleh beberapa negara
ditunjukkan pada Tabel 2.1:
Universitas Sumatera Utara
8/17/2019 Tegangan Tinggi Impuls
http://slidepdf.com/reader/full/tegangan-tinggi-impuls 4/31
9
Tabel 2.1 Standar bentuk tegangan impuls petir [2]
Standar Jepang 1 x 40 µs
Jerman dan Inggris 1 x 50 µs
Amerika 1,5 x 40 µs
IEC 1,2 x 50 µs
Nilai toleransi waktu muka dan waktu ekor gelombang untuk standar
Jepang adalah 0,5 – 2 μs dan 35 – 50 μs, standar Inggris 0,5 – 1,5 μs dan 40 – 60
μs, sedangkan untuk standar Amerika adalah 1,0 – 2,0 μs dan 30 – 50 μs seperti
ditunjukkan pada Gambar 3. Dari Gambar 3 dapat dilihat bahwa standar IEC
merupakan kompromi antara standar-standar tegangan impuls berbagai negara. [2]
0,5 2,0
1
0,5
1
1,5
1,0 2,01,5
1,2
35
40
40 60
3040
50
Jepang
Inggris
Amerika
IEC
Tf Tt
50
50
50
Gambar 2.3 Standar bentuk gelombang tegangan impuls petir
Universitas Sumatera Utara
8/17/2019 Tegangan Tinggi Impuls
http://slidepdf.com/reader/full/tegangan-tinggi-impuls 5/31
10
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.
2.2.1 GENERATOR IMPULS RLC
Prinsip kerja generator impuls RLC ditunjukkan pada Gambar 2.4.
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 R P mengisi kapasitor pemuat C . Misalkan tegangan kapasitor
pemuat dibuat sebesar Vo. [1]
AT TU
D F
C
R P RS
Ro
L
V V dc V o
Gambar 2.4 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 R P 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
Universitas Sumatera Utara
8/17/2019 Tegangan Tinggi Impuls
http://slidepdf.com/reader/full/tegangan-tinggi-impuls 6/31
11
berlangsung dalam waktu yang sangat singkat dan nilai resistor R P dibuat besar,
maka muatan yang datang dari sumber tegangan DC dapat dianggap tidak ada. [1]
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 2.5. [1]
Persamaan arus pada rangkaian ini adalah [1]
(2.2)
Tegangan kapasitor pemuat (V ) adalah konstan sehingga turunan Persamaan (2.2)
terhadap waktu adalah
(2.3)
atau
V O
RS
RO
L
C
i
V
Gambar 2.5 Rangkaian ekivalen generator impuls RLC
(2.4)
dengan
(2.5)
Universitas Sumatera Utara
8/17/2019 Tegangan Tinggi Impuls
http://slidepdf.com/reader/full/tegangan-tinggi-impuls 7/31
12
Penyelesaian Persamaan (2.4) di atas adalah sebagai berikut
(2.6)
dengan
(2.7)
(2.8)
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
(2.9)
Tegangan keluaran generator sama dengan tegangan pada resistor RO, yaitu
(2.10)
Substitusi Persamaan (2.6) ke dalam Persamaan (2.10) menghasilkan
(2.11)
Persamaan (2.11) dapat disederhanakan menjadi
(2.12)
dengan
(2.13)
Universitas Sumatera Utara
8/17/2019 Tegangan Tinggi Impuls
http://slidepdf.com/reader/full/tegangan-tinggi-impuls 8/31
13
2.2.1.1 Nilai Maksimum dan Efisiensi Tegangan[1]
Nilai waktu untuk mencapai tegangan maksimum diperoleh dengan
membuat turunan pertama dari Persamaan (2.11) sama dengan nol (dV/dt = 0),
hasilnya adalah
(2.14)
Nilai T f ini disubstitusikan ke dalam Persamaan (2.11) menghasilkan
(2.15)
Definisi efisiensi generator impuls adalah perbandingan harga maksimum
tegangan keluaran dengan tegangan pada kapasitor pemuat C, atau
(2.16)
2.2.1.2 Menentukan Nilai R, L, dan C[1]
Dalam merencanakan suatu generator impuls, terlebih dahulu ditentukan
spesifikasi tegangan keluarannya, yaitu tegangan puncak (V maks), waktu muka
gelombang T f , dan waktu ekor gelombang T t . 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
Universitas Sumatera Utara
8/17/2019 Tegangan Tinggi Impuls
http://slidepdf.com/reader/full/tegangan-tinggi-impuls 9/31
14
(2.17)
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
, besar tegangan menjadi setengah dari
tegangan maksimum (V = 0,5V maks). Jika nilai-nilai ini disubstitusikan ke dalam
Persamaan (2.12) diperoleh
(2.18)
Dari Persamaan (2.14) dan (2.18) dapat diperoleh nilai dan . Nilai-
nilai
dan
ini ditunjukkan dalam Persamaan (2.7) dan (2.8) yaitu :
Jika nilai kapasitansi C sudah diketahui, kedua persamaan di atas
merupakan dua persamaan dengan dua bilangan yang tidak diketahui, yaitu R dan
L sehingga nilai R dan L dapat dihitung. Jika nilai η, R, dan disubstitusikan
ke dalam Persamaan (2.16) maka akan diperoleh nilai RO. Selanjutnya nilai RS
dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.5).
Universitas Sumatera Utara
8/17/2019 Tegangan Tinggi Impuls
http://slidepdf.com/reader/full/tegangan-tinggi-impuls 10/31
15
Perhitungan dengan cara di atas memerlukan waktu dan sulit dilaksanakan
secara manual. Karena itu perhitungan nilai komponen R, L, dan C dapat
dilakukan dengan pendekatan.
Jika Persamaan (2.7) dan (2.8) diperbandingkan, maka dapat dianggap
> . Dalam prakteknya, . Kedua anggapan ini menghasilkan anggapan
baru :
sehingga Persamaan (2.18) dapat disederhanakan menjadi
Misalkan , maka persamaan di atas menjadi
(2.19)
Nilai
pada Persamaan (2.14) dapat ditulis sebagai
(2.20)
dengan
(2.21)
Nilai
pada Persamaan (20) disubstitusikan ke dalam Persamaan (19)
menghasilkan
Universitas Sumatera Utara
8/17/2019 Tegangan Tinggi Impuls
http://slidepdf.com/reader/full/tegangan-tinggi-impuls 11/31
16
(2.22)
Merujuk kepada Persamaan (2.22) dapat dicari harga k untuk berbagai
nilai ln b, seperti contoh yang diberikan pada Tabel 2.2. Berdasarkan tabel ini
dapat dibuat kurva yang menyatakan hubungan antara k dengan ln b seperti
ditunjukkan pada Gambar 2.6.
Persamaan (2.7) dan (2.8) dapat dituliskan sebagai
(2.23)
(2.24)
Tabel 2.2 Hubungan k dengan ln b
k ln b
3 1,1
4 2,234
5 2,733
10 3,922
20 4,896
26,66 5,225
30 5,422
40 5,784
41,66 5,83450 6,059
60 6,281
Universitas Sumatera Utara
8/17/2019 Tegangan Tinggi Impuls
http://slidepdf.com/reader/full/tegangan-tinggi-impuls 12/31
17
10 20 30 40 50 60
0
1
2
3
4
5
6
7 ln b
k
Gambar 2.6 Kurva ln b terhadap k
dengan
(2.25)
(2.26)
Persamaan (2.23) dan (2.24) disubstitusikan ke dalam Persamaan (2.21)
menghasilkan
(2.27)
Persamaan (2.27) disubstitusikan ke Persamaan (2.20), maka waktu muka
gelombang menjadi
(2.28)
Dari persamaan di atas diperoleh nilai δ sebesar
(2.29)
Universitas Sumatera Utara
8/17/2019 Tegangan Tinggi Impuls
http://slidepdf.com/reader/full/tegangan-tinggi-impuls 13/31
18
Jika dan diketahui, dari kurva pada Gambar dapat ditentukan . Dengan
demikian nilai b dan δ dapat dihitung. Selanjutnya nilai γ dapat dihitung dari
Persamaan (2.27) yang menghasilkan
(2.30)
Seterusnya nilai C , γ dan δ disubstitusikan ke dalam Persamaan (2.26) dan
diperoleh nilai L.
(2.31)
Setelah nilai L diketahui, nilai R dapat dihitung dengan Persamaan (2.25).
(2.32)
Persamaan (2.16) dapat ditulis dengan mengganti nilai dan seperti yang
diberikan pada Persamaan (2.23) dan (2.24).
(2.33)
Selanjutnya Persamaan (2.33) digunakan untuk menghitung nilai dan
setelah nilai diketahui, nilai dapat dihitung dengan Persamaan (2.5).
Secara ringkas, tahap-tahap penentuan nilai C, L, , dan adalah sebagai
berikut [1]:
1. Menentukan kapasitas (W ), tegangan puncak impuls (), waktu muka
(), waktu ekor (), dan efisiensi () generator impuls yang direncanakan.
2. Menghitung nilai k
Universitas Sumatera Utara
8/17/2019 Tegangan Tinggi Impuls
http://slidepdf.com/reader/full/tegangan-tinggi-impuls 14/31
19
3. Dari Tabel 2.2 atau dengan menggunakan Gambar 2.7 ditentukan nilai
untuk nilai k yang dihitung pada langkah kedua di atas.
4.
Menghitung nilai
5. Mencari nilai berdasarkan nilai yang telah diketahui.
6. Menghitung nilai
7.
Menghitung besarnya kapasitansi kapasitor pemuat C
8. Menghitung nilai L
9.
Menghitung nilai R
10.
Menghitung nilai
11. Menghitung nilai
Universitas Sumatera Utara
8/17/2019 Tegangan Tinggi Impuls
http://slidepdf.com/reader/full/tegangan-tinggi-impuls 15/31
20
2.2.2 GENERATOR IMPULS RC
Rangkaian generator impuls RC diberikan pada Gambar 2.7. Seperti
halnya generator impuls RLC , generator ini membutuhkan sumber tegangan tinggi
DC yang tegangan keluarannya dapat diatur dan dilengkapi dengan sela picu F . [1]
Sumber tegangan tinggi DC, melalui resistor R P 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). [1]
AT TU
D F
C 1
R P
R2
R1
V V o C 2
Gambar 2.7 Rangkaian generator impuls RC
Rangkaian ekivalen setelah sela F terhubung singkat ditunjukkan pada Gambar
2.8. [3][4]
C1
R 2
R 1
V(t)VO C2
A
B
i(t)
Gambar 2.8 Rangkaian ekivalen generator impuls RC
Universitas Sumatera Utara
8/17/2019 Tegangan Tinggi Impuls
http://slidepdf.com/reader/full/tegangan-tinggi-impuls 16/31
21
Impedansi ekivalen dilihat dari titik AB adalah [3][4]
Jadi,
Dengan membagi pembilang dan penyebut dengan maka diperoleh
(2.34)
Jika diasumsikan
Persamaan (2.34) dapat ditulis ulang menjadi
Universitas Sumatera Utara
8/17/2019 Tegangan Tinggi Impuls
http://slidepdf.com/reader/full/tegangan-tinggi-impuls 17/31
22
(2.35)
Jika
(2.36)
Nilai waktu untuk mencapai tegangan maksimum diperoleh dengan membuat
turunan pertama dari Persamaan (2.36) sama dengan nol (dv/dt = 0).
sehingga diperoleh
(2.37)
Nilai tegangan maksimum adalah
(2.38)
Untuk mendapatkan nilai , substitusikan pada Persamaan (2.36) dimana
tegangannya setengah dari nilai tegangan maksimum saat
.
Jika dimana K merupakan suatu konstanta, maka
(2.39)
Nilai sehingga
Universitas Sumatera Utara
8/17/2019 Tegangan Tinggi Impuls
http://slidepdf.com/reader/full/tegangan-tinggi-impuls 18/31
23
atau
Dengan mengalikan pada kedua sisi maka diperoleh
atau
(2.40)
Jika Persamaan (2.40) dapat direduksi menjadi
(2.41)
Dengan menggunakan Persamaan (2.39) dan (2.40) maka nilai α dan β dapat
diperoleh. Nilai α dan β untuk beberapa bentuk gelombang standar diberikan pada
Tabel 2.3.
Tabel 2.3 Nilai α dan β untuk berbagai bentuk gelombang
Bentuk Gelombang α β
0,5 / 5 4,080 3,992
1 / 5 1,557 1,366
1 / 10 2,040 1,961
1 / 40 2,910 2,892
1 / 50 3,044 3,029
1,2 / 50 2,445 2,431
1,5 / 40 1,776 1,757
Dengan menganggap maka
Universitas Sumatera Utara
8/17/2019 Tegangan Tinggi Impuls
http://slidepdf.com/reader/full/tegangan-tinggi-impuls 19/31
24
(2.42)
dan
(2.43)
Nilai tegangan maksimum (Vmaks) pada saat adalah
Efisiensi generator impuls adalah perbandingan nilai tegangan keluaran
maksimum dengan tegangan pada kapasitor pemuat C1.
dengan
Ketika , maka suku dan dapat diabaikan
sehingga
Jadi
(2.44)
Universitas Sumatera Utara
8/17/2019 Tegangan Tinggi Impuls
http://slidepdf.com/reader/full/tegangan-tinggi-impuls 20/31
25
Energi yang ditransformasikan selama proses pelepasan muatan dinyatakan
dengan
(2.45)
2.2.3 GENERATOR IMPULS RANGKAIAN MARX
Generator ini merupakan generator impuls RC yang disusun bertingkat
untuk memperoleh tegangan keluaran yang lebih tinggi. Pada Gambar 2.9
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 .
R p R p R p
C1' C1' C1'
R 1' R 1' R 1'R 2' R 2' R 2'
G2G1 G3
C2
DC
Gambar 2.9 Rangkaian generator impuls Marx tiga tingkat
Dapat dilihat bahwa Gambar 2.9 dapat direduksi menjadi generator impuls satu
tingkat seperti Gambar 2.8 dimana [3]
Universitas Sumatera Utara
8/17/2019 Tegangan Tinggi Impuls
http://slidepdf.com/reader/full/tegangan-tinggi-impuls 21/31
26
dengan n = jumlah tingkatan generator impuls.
2.3 Pengaruh Induktansi pada Rangkaian Generator Impuls
Rangkaian generator impuls yang sesungguhnya memiliki komponen
induktansi sasar yang terhubung seri dengan rangkaian seperti yang ditunjukkan
pada Gambar 2.10. Nilai induktansi ini biasanya berada dalam orde mikro Henry.
F
C 1 R 2
R 1
C 2
L
Gambar 2.10 Rangkaian generator impuls RC dengan induktansi sasar L
Rangkaian ekivalen setelah sela F terhubung singkat ditunjukkan pada Gambar
2.11.
C1
R 2
R 1
V(t)VO C2
A
B
i(t)
L
Gambar 2.11 Rangkaian ekivalen generator RC dengan induktansi sasar L
Universitas Sumatera Utara
8/17/2019 Tegangan Tinggi Impuls
http://slidepdf.com/reader/full/tegangan-tinggi-impuls 22/31
27
Impedansi ekivalen dilihat dari titik AB adalah
s
1
C1s
2 1s1 C2s 1 2s 1 C2s
1
C1s
2C2s 1s1 C2s 1 2sC2s1
1
C1s
1 2C2s 2C2s2 2 1 2sC2s1
1 2sC2s1C1s 1 2C2s 2C2s2 2
C1s 1 2sC2s1
1C2s 2C2sC2s21 1 2C1C2s2 2C1C2s3 2C1s
C1C2s2 1 2sC1s
(s) 2C1C2s3 1 2C1C2C2s2 1C2 2C1 2C2s1
C1C2s3C1C2 1 2s2C1s
Is 0
s.
C1C2s3C1C2 1 2s2C1s
2C1C2s3 1 2C1C2C2s2 1C2 2C1 2C2s1
Jadi,
s Is 2 . 1 C2s
1 2s 1 C2s Is. 2 1 2sC2s1
0
s
2C1C2s3C1C2 1 2s2C1s 2C1C2s3 1 2C1C2C2s2 1C2 2C1 2C2s1 1 2sC2s1
0
s
2C1sC2s2C2 1 2s1 2C1C2s3
1 2C1C2C2
s2
1C2 2C1 2C2
s1
1 2s
C2s1
0 2C1 1 2sC2s1 2C1C2s3 1 2C1C2C2s2 1C2 2C1 2C2s1 1 2sC2s1
s 0 2C1
2C1C2s3 1 2C1C2C2s2 1C2 2C1 2C2s1
Dengan membagi pembilang dan penyebut dengan 2C1C2 maka diperoleh
Universitas Sumatera Utara
8/17/2019 Tegangan Tinggi Impuls
http://slidepdf.com/reader/full/tegangan-tinggi-impuls 23/31
28
s 0
C2 1
s3 1
1
2C1 s2 1
2C1
1
C2
1
C1 s
1
2C1C2
0
C2 1
s3 1 2C1
2C1 s2 1C2 2C1 2C2
2C1C2 s
1
2C1C2
Misalkan
a 1 2C1
2C1
b 1C2 2C1 2C2
2C1C2
1
2C1C2
Maka
s
0
C2
1
s3 as2 bs
Jika nilai komponen generator impuls petir adalah sebagai berikut:
C1 10 n 1 13 10 μ
C2 1 n 2 400
Maka
a 13400101091010
400101091010 1,3152510
b 13110
94001010
9400110
9
4001010911091010 ,210
12
1
4001010911091010 ,101
Dengan memasukkan nilai a,b dan c maka diperoleh
Universitas Sumatera Utara
8/17/2019 Tegangan Tinggi Impuls
http://slidepdf.com/reader/full/tegangan-tinggi-impuls 24/31
29
s 0
C2 1
s31,3152510s2,21012s,101
0
11091010 1
s31,3152510s2,21012s,101
0
11014
1012 0,122
s 0,01410
0.0110,0215
s 0,502,39910
0,0110,0215
s 0,502,39910
t 0
1102
0,122e 0,01410t e e0,502,39910
t ee0,502,39910
t
dimana
0,01120,02152 0,039
tan1 0,0215
0,011 15,1520 2,2 rad
t 0
11020,122e0,01410te0,5010te 2,39910te0,5010te2,39910t
0
1102 0,122e0,01410
t
e 0,5010
t
e
2,39910
t
e
2,39910
t
0
11020,122e0,01410
t 2e 0,5010
t e 2,39910t e2,39910t
2
0
11020,122e0,01410
t 2e0,5010
t os2,39910
t
(t) 0
110
2
0,122e 0,01410
t 0,1e 0,5010
t os
2,39910
t 2,2
Jika 100 k maka
(t) 100
1102
0,122e 0,01410t 0,1e 0,5010
t os2,39910t 2,2 k
(t) 555,5 0,122e 0,01410t 0,1e 0,5010
t os2,39910
t 2,2 k
Universitas Sumatera Utara
8/17/2019 Tegangan Tinggi Impuls
http://slidepdf.com/reader/full/tegangan-tinggi-impuls 25/31
30
Jika t dinyatakan dalam mikrosekon (µs) maka persamaan di atas dapat ditulis
menjadi
(t) 555,50,122e 0,014t 0,1e 0,50t os2,399t 2,2 k
Bentuk gelombang dari persamaan di atas ditunjukkan pada Gambar 2.12.
Gambar 2.12 Bentuk gelombang impuls petir dengan induktansi sasar L
Adanya induktansi sasar dapat mengakibatkan osilasi pada muka dan ekor
gelombang impuls. Osilasi pada muka gelombang dapat diredam dengan
memperbesar nilai resistansi seri.[5] Secara umum bentuk gelombang tegangan
impuls petir dengan adanya induktansi sasar ditunjukkan oleh Persamaan 2.46.
(2.46)
2.4 Pengaruh Beban pada Generator Impuls
Generator impuls sering digunakan untuk menguji peralatan yang bersifat
induktif seperti trafo daya dan reaktor. Rangkaian generator impuls dengan beban
induktif ditunjukkan pada Gambar 2.13. Biasanya, tidak sulit untuk
Universitas Sumatera Utara
8/17/2019 Tegangan Tinggi Impuls
http://slidepdf.com/reader/full/tegangan-tinggi-impuls 26/31
31
membangkitkan tegangan impuls dengan waktu muka yang sesuai standar, tetapi
untuk mendapatkan waktu ekor gelombang yang sesuai standar akan sangat sulit.
F
C 1 R 2
R 1
C 2 L
Gambar 2.13 Rangkaian generator impuls RC dengan beban induktif L
Rangkaian ekivalen setelah sela F terhubung singkat ditunjukkan pada Gambar
2.14.
C1
R 2
R 1
V(t)VO
C2
A
B
i(t) L
Gambar 2.14 Rangkaian ekivalen generator impuls RC dengan beban induktif L
Impedansi ekivalen ( Z 1) yang dibentuk oleh C 2 dan L adalah
1
1
C2s s1
C2s s
s
C2s2 1
Impedansi ekivalen ( Z 2) yang dibentuk oleh R1 dan Z 1 adalah
2 1 1
s
C2s21 1
Universitas Sumatera Utara
8/17/2019 Tegangan Tinggi Impuls
http://slidepdf.com/reader/full/tegangan-tinggi-impuls 27/31
32
s 1C2s2 1
C2s2 1
2 1C2s2 s 1
1 C2s2
Impedansi ekivalen ( Z 3) yang dibentuk oleh R2 dan Z 2 adalah
3 2 1C2s2 s 1
1 C2s2
2 1C2s2 s 1
1 C2s2
2 1C2s2 s 1
21 C2s2 1C2s2 s 1
3 2
1C2s2 s 1
1 2C2s2
s 1 2
Impedansi ekivalen ( Z 4) yang dibentuk oleh C 1 dan Z 3 adalah
4 1
C1s 3
1
C1s
2 1C2s2s 1 1 2C2s2s 1 2
1
2
C2
s2s 1
2
2
1
C2
s2s 1
C1
s
C1s 1 2C2s2s 1 2
4 1 2C1C2s3s2 1 2C2 2C1 1 2C1s 1 2
C1s 1 2C2s2s 1 2
is 0
s
C1s 1 2C2s2s 1 2 1 2C1C2s3 1 2C2 2C1s2 1 2C1s 1 2
s
2
22 1 is
s 2
2 1C2s2 s 1
1 C2s2
s
C2s2 1 is
s 21 C2s2
21 C2s2 1C2s2 s 1
s
C2s2 1 is
Universitas Sumatera Utara
8/17/2019 Tegangan Tinggi Impuls
http://slidepdf.com/reader/full/tegangan-tinggi-impuls 28/31
33
Dengan memasukkan nilai i(s) yang telah dihitung sebelumnya ke dalam
persamaan di atas maka diperoleh
(s) 0 2sC1
1 2C1C2s3 1 2C2 2C1s2 1 2C1s 1 2
0 2sC1
1 2C1C2s3 1C2 2C1 2C2s2 1 2C1s 1 2
Dengan membagi pembilang dan penyebut dengan 1 2C1C2 maka diperoleh
(s) 0
1C2
s
s3 1 2C1
1 1C2
1 1C1 s2 1
C2 1
1 2C1C2 s 1 2 1 2C1C2
Misalkan
a 1
2C1
1
1C2
1
1C1
b 1
C2
1
1 2C1C2
1 2
1 2C1C2
Maka
s 0
1C2
s
s3 as2 bs
Jika nilai komponen generator impuls petir adalah sebagai berikut:
C1 10 n 1 13 10 μ
C2 1 n 2 400
Maka
a 1
40010109
1
131109
1
1310109
4,0 10
Universitas Sumatera Utara
8/17/2019 Tegangan Tinggi Impuls
http://slidepdf.com/reader/full/tegangan-tinggi-impuls 29/31
34
b 1
110910103
1
13400101091109 ,23310
10
13
400
1340010109110910103 2,510
15
Dengan memasukkan nilai a,b dan c maka diperoleh
s 0
1C2
s
s3 4,0 10s2 ,23310
10s 2,51015
0
131109
s
s3 4,0 10s2 ,23310
10s 2,51015
(s) 0109
23410 0,2110
s4,54910
0,10550,0342
s0,0050,022910
0,10550,0342
s0,0050,022910 t
0 234
0,2110e 4,54910t e e0,0050,022910
t ee0,0050,022910
t
dimana
0,105520,03422
0,1109
tan1 0,0342
0,1055 1,90 0,3135 rad
t 0103
2340,2110e 4,54910
t e0,00510
te 0,022910
t e0,00510
te0,022910
t
010
3
2340,2110e 4,54910t e 0,00510t e 0,022910te0,022910t
0103
234 0,2110e 4,54910t 2e 0,00510
t e 0,022910te0,022910t
2
010
3
2340,2110e 4,54910
t 2e 0,00510
t os0,022910
t
(t) 0103
2340,2110e 4,54910
t 0,221e 0,00510
t os0,022910t0,3135
Jika
100 k maka
Universitas Sumatera Utara
8/17/2019 Tegangan Tinggi Impuls
http://slidepdf.com/reader/full/tegangan-tinggi-impuls 30/31
35
(t) 100103
2340,2110e 4,54910
t 0,221e 0,00510
t os0,022910
t0,3135 k
(t) 42,35
0,2110e 4,54910
t 0,221e 0,00510
t os
0,022910t0,3135
k
Jika t dinyatakan dalam mikrosekon (µs) maka persamaan di atas dapat ditulis
menjadi
(t) 42,350,2110e 4,549t 0,221e 0,005t os0,0229t0,3135 k
Bentuk gelombang dari persamaan di atas ditunjukkan pada Gambar 2.15.
Gambar 2.15 Bentuk gelombang impuls petir dengan beban induktif L
Kehadiran beban induktif akan menyebabkan waktu ekor yang lebih
singkat daripada batas toleransi.[5] Secara umum bentuk gelombang tegangan
impuls petir dengan adanya beban induktif ditunjukkan oleh Persamaan 2.47.
(2.47)
Pada generator impuls RC masalah ini dapat diatasi dengan
menghubungkan induktansi yang dipasang paralel dengan resistor R 1 (Gambar
Universitas Sumatera Utara
8/17/2019 Tegangan Tinggi Impuls
http://slidepdf.com/reader/full/tegangan-tinggi-impuls 31/31
2.16). Nilai induktansi ini harus lebih kecil daripada nilai induktansi beban ( LP <
LB). [5]
F
C 1 R 2
R 1
C 2
L P
L B
Gambar 2.16 Rangkaian pengujian untuk beban induktif
Pada kasus tertentu diperlukan sebuah resistor yang terhubung paralel dengan
objek uji (Rangkaian Glaninger). Ini ditunjukkan pada Gambar 2.17. [5]
F
C 1 R 2
R 1
C 2
LP
L B R P
Gambar 2.17 Rangkaian Glaninger untuk pengujian beban induktif
top related