Pembangkit Tegangan Tinggi Bolak Balik (AC)

Randra Agustio Efryansah

Jan 23, 2023

Pembangkit Tegangan Tinggi Bolak Balik (AC) - Tegangan tinggi bolak-balik dibutuhkan, antara lain untuk pengujian rugi-rugi dielektrik, pengujian korona, pengujian kekuatan dielektrik dan pengujian ketahanan peralatan listrik terhadap tegangan tinggi bolak-balik. Selain untuk pengujian, tegangan tinggi bolak-balik dibutuhkan juga untuk pembangkitan tegangan tinggi searah dan pembangkitan tegangan tinggi impuls.

Transformator Penguji

Pada umunya, kegagalan alat-alat listrik pada waktu sedang dipakai disebabkan karena kegagalan isolasinya dalam menjalankan fungsinya sebagai isolator tegangan tinggi. Kegagalan isolator (insulation breakdown) ini disebabkan karena beberapa hal antara lain isolasi tersebut sudah dipakai untuk waktu yang lama, kerusakan mekanis, berkurangnya kekuatan dielektriknya, dan isolasi yang jenuh akibat tegangan tinggi.

Dalam hubungan ini, maka pengujian tegangan tinggi dimaksudkan untuk :

Menemukan bahan atau komponen yang kualitasnya tidak baik atau cara pembuatannya yang salah
Memberikan jaminan bahwa alat-alat listrik dapat dipakai pada tegangan normalnya untuk waktu yang tak terbatas
Memberikan jaminan bahwa isolasi alat-alat listrik dapat tahan terhadap tegangan lebih (dalam praktek sehari-hari) untuk waktu terbatas.

Tegangan tinggi bolak-balik diperoleh dari suatu transformator yang disebut transformator penguji (trafo uji), yaitu transformator satu phasa yang mempunyai perbandingan belitan yang jauh lebih besar dari transformator daya. Belitan primer transformator penguji dihubungkan ke sumber tegangan rendah bolak-balik, umumnya 220 Volt, 50 Hz, sedangkan belitan sekundernya membangkitkan tegangan tinggi dalam ratusan kiloVolt. Rangkaian pembangkitan tegangan tinggi bolak-balik ditunjukkan pada Gambar 1.

Gambra 1 Rangkaian Tegangan Tinggi

Besar tegangan pengujian yang diterapkan kepada suatu peralatan tergantung kepada jenis pengujian dan tegangan nominal peralatan. Oleh karena itu, tegangan keluaran transformator penguji harus dapat bervariasi agar dapat memenuhi tegangan pengujian yang dibutuhkan. Untuk memenuhi kebutuhan ini, belitan primer transformator uji dihubungkan dengan autotransformator (auto trafo).

Beban transformator penguji misalnya adalah isolator, maka arus keluarannya hanya beberapa ratus milliamper, sehingga kapasitas transformator penguji hanya 5 s/d 10 KVA atau kapasitas KVA-nya kecil dibandingan dengan kapasitas transformator daya, karena untuk keperluan mengadakan lompatan api tidak diperlukan daya yang besar.

Yang diperlukan ialah tegangan. transformator penguji ini tidak dirancang untuk pemakaian yang kontinu, karena digunakan hanya saat-saat pengujian yang periodenya berlangsung singkat. Salah satu terminal tegangan tingginya harus dibumikan untuk pengamanan dan keamanan serta menetralkan salah satu terminal tegangan tingginya.

Dalam pengujiannya, transformator uji memiliki karakteristik yang tidak sama seperti transformator daya/tenaga. Transformator daya sering dipakai oleh beberapa pembangkit seperti PLTA, PLTU dan PLTD.

Perbedaan karakteristik transformator uji dan transformator daya adalah :

Perbandingan lilitan transformator uji lebih besar dibanding transformator daya. Hal tersebut dikarenakan trafo uji hanya memiliki catu sebesar 220 Volt atau tegangan distribusi sedangkan yang akan dibangkitkan untuk pengujian tegangan tinggi bisa mencapai satuan Kilo Volt. Maka dari pada itu perbandingan lilitan sekunder dan primernya lebih besar transformator daya.
Kapasitas KVA-nya lebih kecil dibandingkan dengan kapasitas transformator daya oleh karena keperluan mengadakan lompatan api tidak perlu tenaga yang besar.Yang diperlukan disini adalah tegangan, bukan daya/tenaga.
Hanya transformator satu fasa yang digunakan. Hal ini disebabkan karena biasanya pengujian dilakukan fasa-demi-fasa.
Biasanya terminalnya (ujung lilitannya) ditanahkan (grounded) untuk keperluan proteksi dan keamanan.
Pada waktu merencanakan isolasi untuk transformator penguji hanya diperhitungkan isolasi terhadap tegangan penguji maksimum, karena tidak diharapkan transformator tersebut tidak mengalami tegangan lebih.
Trafo uji dipasang pada sebuah laboratorium yang cukup dilindungi dari tegangan lebih.

Karakteristik Transformator Uji

Karakteristik dari transformator uji ini berbeda dengan transformator daya. Pada transformator daya berlaku hubungan :

di mana : a = perbandingan belitan primer dan sekunder

V1 = tegangan primer

V2 = tegangan sekunder

Artinya, tegangan pada sekunder transformator daya dapat ditaksir dengan mengukur tegangan di primer. Dengan perkataan lain, tegangan tinggi di sisi sekunder dapat ditentukan dengan mengetahui tegangan di sisi primernya.

Pada transformator penguji cara di atas tidak dapat dilakukan, karena jumlah lilitan transformator penguji relatif banyak, sebab perbandingan kumparannya tinggi, maka kapasitas tersebar dari transformator penguji antara kumparan dengan inti atau tanki besar sekali.

Oleh sebab itu maka meskipun transformator itu tak berbeban, arus pemuat (charging current) mengalir di dalamnya. Oleh karena arus pemuat lebih besar daripada arus eksitasi, maka hasilnya adalah arus mendahului (leading) yang mengalir di dalam transformator atau spesiment yang diuji. Akibatnya adalah tegangan yang lebih tinggi daripada tegangan yang ditentukan oleh perbandingan lilitan.

Kinerja transformator uji tidak dapat dengan sempurna digambarkan dengan rangkaian ekivalen transformator yang biasa karena pengaruh kapasitansi sendiri Ci dari belitan tegangan tinggi dan kapasitansi objek uji Ca (kebanyakan berupa beban kapasitif). Pada pihak lain arus maknetisasi dapat diabaikan selama inti besi belum jenuh.

Kinerja transformator uji dapat dikaji secara pendekatan dengan menggunakan rangkaian pada Gambar 2 yang terdiri atas impedansi hubung singkat Rk + jwLk dan kapasitansi total C = Ci + Ca pada sisi tegangan tinggi.

Gambar 2. Rangkaian ekivalen transformator penguji

Dengan Rk << wLk, sehingga Rk dapat diabaikan sehingga rangkaiannya menjadi seperti Gambar 3

Gambar 3. Rangkaian ekivalen transformator penguji yang sederhana

Dari Gambar 3 dapat diturunkan rumus sebagai berikut :

Dimana:

Jadi:

Terlihat bahwa tegangan keluaran trafo uji tergantung pada kapasitansi C, sedangkan C tergantung pada kapasitansi beban uji, sehingga tegangan keluaran terafo uji tergantung pada kapasitansi beban uji. Jika dimisalkan harga , maka tegangan sekunder menjadi 1,25 tegangan sekunder trafo uji tanpa kapasitansi. Oleh karena itu, tegangan keluaran trafo uji harus diukur langsung, sebab tegangan sekunder trafo uji tidak dapat diperkirakan dengan melakukan pengukuran tegangan di sisi primer.

Randra Agustio Efryansah

Seorang personal blogger yang bergerak di bidang Instalasi Tenaga Listrik, Elektronika, dan Energi Terbarukan