Pengukuran Tegangan Tinggi

Pengukuran tegangan tinggi arus searah, arus bolak balik, dan impulse yang dipakai dalam laboratorium berbeda dengan yang dipakai dalam industri atau pembangkit tenaga listrik. Didalam industry maupun laboratorium pengukuran arus, tegangan, dan lainnya sangat penting karena diperlukan alat ukur yang tepat dan pressisi. Alat pengukuran system tegangan tinggi harus selalu di kalibrasi.

1.       Sela dua buah bola

Sela dua buah bola bila diberi tegangan akan menghasilkan medan listrik yang merata pada ruang antara kedua bola tersebut. Ia selalu mempunyai tegangan percikan yang nilainya sama, sesuai dengan nilai yang ditetapkan, pada keadaan yang tetap. Oleh karena itu sela bola ini dapat dipakai untuk mengukur tegangan puncak dari suatu tegangan sesuai dengan jarak sela udara yang diketahui.

Nilai tegangan tembus (breakdown) pada sela percikan, terutama tegangan tembus dari sela bola (dua elektroda berbentuk bola) biasanya tidak tergantung pada bentuk gelombang tegangan yang digunakan, tetapi sesuai dengan pengukuran tegangan dengan berbagai macam bentuk gelombang seperti: tegangan searah, bolak-balik, dan impulse.

Sela bola dapat disusun secara vertikan dan horizontal. Pada susunan vertikal, bola yang terletak dibawah disambung dengan tanah. Sedangkan pada susunan horizontal, salah satu bolanya disambung ketanah. Biasanya bola yang tidak bertegangan. Tegangan yang akan diukur disambungkan pada salah satu bola yang bertegangan dengan melalui suatu tahanan. Tahanan ini untuk membatasi arus yag mengalir bila terjadi hubungan singkat antara kedua bola tersebut. Nilai tahanan ini bernilai sekitar 100 sampai 1000 K Ohm untuk tegangan searah dan tegangan bolak balik. Sedangkan untuk tegangan impulse nilainya tidak lebih dari 500 ohm.

Tegangan nilainya ditentukan oleh jarak kedua buah elektroda bola tersebut. Bila mana pada permukaan bola terdapat debu atau serat (fiber) maka spark over akan terjadi pada nilai tegangan yang lebih rendah, terutama bila jenis tegangan adalah tegangannya searah (fiber bridge)

Dalam pengujian tegangan handalan (Withstand Voltage) untuk mendapatkan tegangan percikan pada 50% tegangan handalan dari elektroda bola, jarak sela bola (s) dari elektroda atau tegangan pemuatan dari generator impulse harus diubah secara bertahap sehingga nilainya mencapai 2% dibawah tegangan spark over sela bola.

Untuk mengukur tegangan bolak balik, searah dan impulse petir, sampai sela jarak udara maksimum sebesar 0,5D maka angka didalam tabelmasih dianggap tepat dengan kesalahan sebesar  ±3% untuk sela udara yang lebih dari itu sampai 0,7D. untuk pengukuran tegangan searah bila digunakan sela bola biasanya mengundang banyak kesalahan, ketepatan pengukuran mencapai ±5% bilamana jarak sela udara tidak lebih dari 0,4D. Hal ini disebabkan karena pada permukaan bola biasanya terdapat debu atau adanya serat fiber di udara. Pada pengukuran dengan sela bola, makin tinggi nilai perbandingan dari s / d medan listrik yang terbentuk diantara elektroda tersebut akan mendekati bentuk medan yang tidak rata (homogen), dan dalam waktu yang bersamaan pengaruh dari keadaan disekitar celah bola akan bertambah dan ini akan menyebabkan tegangan breakdown, nilainya tidak sama seperti terjadi scattering. Sedangkan besar diameter elektroda bola yang dipakai untuk mengukur amplitude tegangan kegagalan dapat diperkirakan mempunyai hubungan seperti berikut :

D _(mm) ≥ V dalam kV

Pengukuran dari sela dua buah bola sangat tergantung pada beberapa hal, oleh karena itu tegangan percikan juga dipengaruhi oleh hal-hal seperti berikut :

1.       Tergantung pada keadaan udara disekitarnya (tekanan, suhu, kerapatan) dan kelembaban.

2.       Jarak bola dengan bangunan / benda lain yang terhubung dengan tanah.

3.       Penyinaran (radiasi) dari sinar ultra violet dan kosmis.

4.       Polaritas tegangan (untuk tegangan A,S dan impulse) dan waktu yang diperlukan (waktu yang diperlukan/waktu kenaikan gelombang tegangan).

2.       Pembagi Tegangan.

Untuk mengukur tegangan searah, bolak balik, dan impulse yang tinggi diperlukan pembagi tegangan. Alat ini dipakai untuk menurunkan tegangan yang tinggi menjadi rendah. Sehingga dapat disambungkan kedalam meter atau CRO. Berdasarkan elemen-elemen yang dipakai, pembagi tegangan ini dapat dibedakan seperti berikut :

1.       Pembagi tegangan resitif, berisi elemen tahanan yang tidak induktif.

2.       Pembagi tegangan kapasitif, berisi elemen kapasitor.

3.       Pembagi tegangan campuran antara tahanan dan kapasitor.

pembagi tegangan untuk untuk pengukuran tegangan impulse, tegangan berfrekuensi tinggi atau tegangan yang berubah dengan cepat biasanya dipakai pembagi tegangan yang resitif, kapasitif, atau campurannya. Bagian tegangan rendah, biasa disambung dengan osiloskop atau alat pengukuran tegangan puncak dengan melalui kabel coaxial yang dinamakan kabel penghambat gelombang (delay cable)

Bergantung pada jenis pembagi tegangan maka Z1 dan Z2 dapat berupa tahana kapasitor atau campuaran R-C karena setiap elemen ini, bila diterapkan pada tegangan tinggi selalu terdapat pengaruh tahanan dan kapasitansi. Pada kapasitor selalu terdapat kebocoran ke tanah, pada terminalnya dan juga  kapasitansi antara terminalnya. Oleh karena itu bila tegangan yang perubahnnya sangat cepat diterapkan pada terminal suatu pembagi tegangan maka gelombang yang terdapat pada Z, bentuknya akan sedikit berubah.

Sumber kesalahan pengukuran sebagai berikut :

1.       Adanya induktansi yang tinggal pada setiap elemen.

2.       Kapasitas kebocoran

a.       Antara elemen

b.      Dari bagian elemen dengan tanah

c.       Dari saluran tegangan tinggi dengan elemen

3.       Kesalahan impedansi karena :

a.       Kawat sambungan antara pembagi dengan T.O

b.      Kawat sambungan yang mengalirkan arus yang kembali melalui tanah.

Sumber utama dari kesalahan yang terdapat pada semua pembagi tegangan adalah :

1.       Induktansi yang tinggal dari elemen tahanan maupun kapasitor (elemen kapasitansi)

2.       Kapasitansi bocor yang terdapat pada setiap bagian dari pembagi dengan

3.       Penyusunan impedansi pada bagian sambungan kabel antara pembagi  tegangan dengan obyek uji.

4.       Penyusutan impedansi pada kabel tanah dari pembagi tegangan yang disebabkan oleh arus yang mengalir pada kabel itu.

5.       Oscilasi terdapat pada pembagi tegangan dan rangkaian yang disebabkan karena induktansi kabel dan adanya tegangan tinggi antara rangkaian dengan terminal.

Bentuk sederhana dari pembagi tegangan adalah berisi tahanan, yang sering dipakai untuk merekam bentuk impulse standar. Untuk merekam tegangan transient yang lambat atau cepat, pembagi tegangan yang berisi kapasitor juga suatu yang ideal. Pembagi tegangan yang berisi campuran tahanan dan kapasitor berguna untuk merekam transient lambat yang dilakukan oleh bagian elemen tahanan dan bagian kapasitor dipakai untuk mengukur transient yang cepat.