Pengaruh Udara Pada korona dan Tegangan Kritis Korona

Seperti telah dijelaskan di artikel sebelumnya di sini, bahwa proses ionisasi yang terus-menerus dan berkelanjutan akan membentuk banjiran elektron. Maka pembentukan banjiran elektron ini tergantung pada kecepatan mula dari elektron dan percepatannya selama ia bergerak disepanjang jarak bebas antara dua tubrukkan. Ada gradient permukaan yang terbentuk dimana korona ini akan terjadi. Tegangan yang dimiliki pada gradient ini dinamakan “permukaan tegangan korona” atau secara tepat juga dinamakan permulaan tegangan korona mulai kelihatan.

Nilai dari tegangan ini tergantung pada:
• Keadaan atmosfer disekitarnya.
• Keadaan dari permukaan kawat.
• Bentuk susunan kawat.

Jadi tegangan kritis pada udara dan pada waktu terjadinya kegagalan sesuai dengan persamaan berikut:


Pada waktu terjadinya breakdown diudara Ed = 30 kV/cm atau 3000 kV/m.

Jadi tegangan kritis adalah sebesar:


D dan r didalam netral.

Bila dijadikan R.M.S maka:


Dan bila dirubah menjadi log 10, maka:


Didalam prakteknya, masih ada koreksi yang disebabkan oleh keadaan permukaan kawat yang tidak rata, karena itu harga diatas masih harus dikalikan dengan factor mo yang besarnya seperti dibawah ini:
• mo = 1,0 untuk kawat yang licin.
• mo = 0,98 s/d 0,93 untuk kawat kasar yang sudah lama dipasang.
• mo = 0,87 s/d 0,83 untuk kawat stranded terdiri dari 7 kawat halus.
• mo = 0,85 s/d 0,80 untuk kawat stranded yang terdiri dari 19, 37, 61, kawat halus.

Sehingga persamaan tegangan kritis menjadi:


Nilai ini berlaku pada cuaca cerah, sedangkan pada cuaca buruk (seperti mendung, hujan) naka harga tegangan harus dikalikan dengan factor koreksi untuk menyesuaikan dengan kenyataan. Adapun factor koreksinya adalah 0,8.

Jadi dalam hal ini, pada keadaan cuaca buruk:

Ed (RMS) = 0,8.Ed(RMS)t

Ed (RMS)t = Ed pada cuaca cerah.

Tegangan Kritis Bilamana Korona Mulai Kelihatan

Bilamana tegangan mencapai tegangan kritis maka korona ini belum kelihatan, sebab untuk menjadi kelihatan, maka muatan yang terdapat diudara haruslah menerima suatu energi tertentu, sebelum udara ini meneruskan ionisasinya yang disebabkan oleh adanya tubrukan elektron dengan atom yang lain.

Menurut “PEEK”, tegangan kritis ini haruslah mempunyai nilai sehingga melebihi harga tegangan breakdown dari udara sekelilingnya hingga jarak sebesar 0,03.d.r (meter) dari konduktor. Bilamana hal ini terjadi, maka korona akan mulai kelihatan. Oleh karena itu korona mulai kelihatan bilamana breakdown ini terjadi sampai pada suatu jarak (r + 0,03.d.r) dari titik tengah konduktor (bukan lagi berjarak = r), hingga tegangan kritis ini akan naik, sebab potensial gradient bertambah dari Ed menjadi Ev. Tetapi harga Ev tidak tetap karena ia bergantung dari besar jari-jari konduktor, sehingga:


dapat juga dituliskan;


Jadi tegangan kritis “korona kelihatan”, menjadi:


Nilai dari mv adalah tergantung pada keadaan konduktor, yaitu:
• mv = 1,00 untuk kawat yang licin.
• mv = 0,93 s/d 1,00 untuk kawaqt biasa.
• mv = 0,72 untuk korona pada sepanjang kawat.
• mv = 0,82 untuk korona yang tetap pada sepanjang kawat.

Dari persamaan itu terlihat bahwa tegangan kritis ini (tegangan kritis bilamana korona mulai kelihatan) dari kawat transmisi nilainya dapat dinaikkan dengan cara:
• Menaikkan jarak kedua kawat (D)
• Memperbesar diameter kawat (r)

Dari kedua alternatif diatas, lebih baik dipilih memperbesar diameter (r), karena dengan menaikkan nilai r, maka biaya untuk pembuatan tiang listrik dapat ditekan rendah dan juga reaktansi dari sistem transmisi dapat dibuat rendah.

Oleh karena itu, supaya r besar maka dapat dipakai kawat yang stranded atau bundle conductor. Didalam prakteknya penggunaan bundle conductor mungkin tidak menguntungkan pada sistem dengan tegangan lebih rendah dari 220 kV. Tetapi dengan sistem Tegangan Ekstra Tinggi, pengguna bundle conductor lebih menguntungkan.

Pada sistem tiga fasa, gradient tegangan dari setiap kawat tergantung dari susunan kawat tersebut. Sebagai contoh untuk menghitung gradient tegangan dari system tiga fasa adalah seperti berikut: misal setiap fasa terdiri dari satu kawat dan kawat disusun secara mendatar.



Gambar 1. Gradient tegangan pada susunan kawat secara mendatar

Nilai maksimum dari potensial gradient:


• Untuk korona yang kelihatan Vv:


Dan dikalikan dengan:

• Sehingga nilainya menjadi:


gv = 3000 kV/m

• jadi tegangan kritis korona kelihatan adalah:

terhadap netral/m

Bilamana diambil h = 0,05 D; 2h = jarak antara konduktor dengan bayangannya.



• Jadi tegangan kritis korona kelihatan adalah:





kV peak / m

• Nilai RMS dari tegangan kritis ini adalah:

kV (RMS) terhadap netral / m

Bilamana kawat terdiri dari kawat yang dibundel dan disusun secara horizontal.



Gambar 2. kawat susunan horizontal.

Nilai maksimum dari potensial gradient adalah:


Jika h = 0,5 D, maka:




Semoga bermanfaat,

Gejala Korona Pada Sistem Tegangan Tinggi

Artikel kali ini akan menjelaskan mengenai gejala-gejala pada sistem tegangan tinggi, diantaranya teori yang akan dibahas adalah gejala korona, pengaruh udara pada korona, dan tegangan kritis korona.

Gejala Umum

Dengan semakin besarnya energi listrik yang disalurkan melalui kawat transmisi, maka makin tinggi pula kerugiannya, Namun hal ini dapat diminimalkan dengan menaikkan tegangan dari kawat tersebut, seperti telah dijelaskan pada artikel tegangan transmisi dan rugi-rugi daya di sini. Akan tetapi dengan menaikkan tegangan kerja transmisi, akan timbul pula faktor-faktor lain yang dahulunya belum kelihatan dan masih diabaikan.

Adapun faktor-faktor itu diantaranya:
• Adanya gejala korona yang semakin menonjol, yang berakibat adanya kerugian energi dan gangguan RI (radio interference) yang sifatnya merugikan.
• Dengan semakin tingginya tegangan maka timbul persoalan mengenai isolasi kawat, bentuk tower dan mungkin prosedur pengoperasiannya yang berbeda.
• Timbulnya masalah isolasi pada alat-alat yang menyebabkan perubahan konstruksi sehingga perlu menyelidiki lebih lanjut mengenai bahan-bahan isolasi.

Semua hal tersebut diatas, mengakibatkan kenaikan investasi yang lebih tinggi sehingga diperlukan penyelidikan, penyesuaian konstruksi, operasi dan lain-lain. Sedangkan persoalan yang akan dibahas disini hanyalah masalah yang pertama, yaitu timbulnya gejala korona.

Gejala Korona
Elektron yang bebas bergerak diudara umumnya berasal dari radiasi radio-aktif yang terdapat di alam bebas dan juga dengan adanya sinar kosmik. Elektron-elektron yang posisinya dekat dengan kawat trasnmisi dipengaruhi oleh adanya medan listrik yang menuju ke atau menjauhi kawat tersebut.

Selama gerakannya ini, elektron yang melewati gradient medan listrik akan bertubrukkan dengan molekul dari udara, yang kemudian terjadi ionisasi pada molekul tersebut. Karena adanya ionisasi tersebut, maka akan terdapat ion positif dan elektron yang bebas, yang akan akan mendorong terjadinya ionisasi lanjutan. Proses ini berkelanjutan yang kemudian membentuk banjiran elektron (avalance).

Bilamana banjiran elektron ini melintasi dua kawat yang sejajar, maka ia akan menyebabkan terjadinya perubahan pembagian gradient tegangan-tegangan dari udara diantara kedua kawat tersebut dan penataan kembali dari gradient ini dapat menyebabkan harga tegangannya melampaui kekuatan (tegangan breakdown) dari udara. Ini akan menyebabkan terjadinya kegagalan dari sifat isolasi yang dimiliki oleh udara yang terletak disekitarnya.

Bilamana penataan kembali ini hanya menyebabkan sebagian perubahan potensial gradient dari udara, misalnya hanya daerah sekitar kawat saja yang mengalami perubahan, maka perubahannya terbatas hanya pada satu kawat saja.

Oleh karena itu korona disifatkan sebagai:

“Terjadinya suatu pelepasan muatan yang bermula pada permukaan dari suatu kawat bila nilai medan listrik pada permukaan kawat itu melampaui nilai tertentu”
Sedangkan nilai tertentu tersebut adalah harga medan listrik dimana pada saat itu mulai terjadinya pelepasan muatan ke udara sekitarnya. Gejala ini dapat terjadi pada segala macam kawat, tidak peduli seberapa besar diameter kawat tersebut, asalkan diberi tegangan yang cukup tinggi. Didalam prakteknya, hal ini akan terjadi bila tegangan antara kawat fasa melebihi 100 kV. Namun bisa saja pada tegangan dibawah itu dapat terjadi,korona asalkan syarat-syarat untuk terjadinya korona sudah terpenuhi.

Artikel selanjutnya: "pengaruh udara pada korona dan tegangan kritis korona"

Proteksi Penyulang - Kordinasi Relay Arus Lebih dan Hubung Singkat

Perhitungan arus hubung singkat untuk:

• Gangguan hubung singkat 3 fasa
• Gangguan hubung singkat 2 fasa
• Gangguan hubung singkat 1 fasa ke tanah

Rumus dasar yang digunakan adalah:

Hukum Ohm -->> I = V/Z

Dimana;
I = arus hubung singkat
V = tegangan sumber
Z = impedansi dari sumber ke titik gangguan, impedansi ekivalent

Dari ketiga jenis gangguan, perbedaannya terletak pada:

1. Untuk gangguan 3 fasa
• Impedansi yang digunakan adalah impedansi urutan positif
• Nilai ekivalent adalah Z1
• Tegangan referensinya adalah tegangan fasa (VL), Vx

2. Untuk gangguan 2 fasa
• Impedansi yang digunakan adalah impedansi urutan negatif dan impedansi urutan negatif
• Nilai ekivalent adalah Z1 + Z2
• Tegangan referensinya adalah tegangan fasa – fasa (VF)

3. Untuk gangguan 1 fasa ke tanah
• Impedansi yang digunakan adalah impedansi urutan positif, urutan negatif dan urutan nol
• Nilai ekivalent adalah Z1 + Z2 + Z0
• Tegangan referensinya adalah tegangan fasa (VL), V x

Contoh perhitungan besarnya arus hubung singkat, dapat di download di sini 247.06 KB (dalam bahasa indonesia):

”Kordinasi relai arus lebih dan hubung singkat”

semoga bermanfaat,

Motor Listrik AC Satu Fasa

Berdasarkan karakteristik dari arus listrik yang mengalir, motor AC (Alternating Current, Arus Bolak-balik) terdiri dari 2 jenis, yaitu:
1. Motor listrik AC / arus bolak-balik 1 fasa
2. Motor listrik AC / arus bolak-balik 3 fasa

Pembahasan dalam artikel kali ini di titik beratkan pada motor listrik AC 1 fasa, yang terdiri dari:
• Motor Kapasitor
• Motor Shaded Pole
• Motor Universal

Sebelumnya akan lebih baik jika anda membaca artikel mengenai motor listrik di sini

Prinsip kerja Motor AC Satu Fasa

Motor AC satu fasa berbeda cara kerjanya dengan motor AC tiga fasa, dimana pada motor AC tiga fasa untuk belitan statornya terdapat tiga belitan yang menghasilkan medan putar dan pada rotor sangkar terjadi induksi dan interaksi torsi yang menghasilkan putaran. Sedangkan pada motor satu fasa memiliki dua belitan stator, yaitu belitan fasa utama (belitan U1-U2) dan belitan fasa bantu (belitan Z1-Z2), lihat gambar1.


Gambar 1. Prinsip Medan Magnet Utama dan Medan magnet Bantu Motor Satu fasa

Belitan utama menggunakan penampang kawat tembaga lebih besar sehingga memiliki impedansi lebih kecil. Sedangkan belitan bantu dibuat dari tembaga berpenampang kecil dan jumlah belitannya lebih banyak, sehingga impedansinya lebih besar dibanding impedansi belitan utama.

Grafik arus belitan bantu Ibantu dan arus belitan utama Iutama berbeda fasa sebesar φ, hal ini disebabkan karena perbedaan besarnya impedansi kedua belitan tersebut. Perbedaan arus beda fasa ini menyebabkan arus total, merupakan penjumlahan vektor arus utama dan arus bantu. Medan magnet utama yang dihasilkan belitan utama juga berbeda fasa sebesar φ dengan medan magnet bantu.


Gambar 2. grafik Gelombang arus medan bantu dan arus medan utama


Gambar 3. Medan magnet pada Stator Motor satu fasa


Belitan bantu Z1-Z2 pertama dialiri arus Ibantu menghasilkan fluks magnet Φ tegak lurus, beberapa saat kemudian belitan utama U1-U2 dialiri arus utama Iutama. yang bernilai positip. Hasilnya adalah medan magnet yang bergeser sebesar 45° dengan arah berlawanan jarum jam. Kejadian ini berlangsung terus sampai satu siklus sinusoida, sehingga menghasilkan medan magnet yang berputar pada belitan statornya.

Rotor motor satu fasa sama dengan rotor motor tiga fasa yaitu berbentuk batang-batang kawat yang ujung-ujungnya dihubung singkatkan dan menyerupai bentuk sangkar tupai, maka sering disebut rotor sangkar.


Gambar 4. Rotor sangkar

Belitan rotor yang dipotong oleh medan putar stator, menghasilkan tegangan induksi, interaksi antara medan putar stator dan medan magnet rotor akan menghasilkan torsi putar pada rotor.

Motor Kapasitor

Motor kapasitor satu phasa banyak digunakan dalam peralatan rumah tangga seperti motor pompa air, motor mesin cuci, motor lemari es, motor air conditioning. Konstruksinya sederhana dengan daya kecil dan bekerja dengan tegangan suplai PLN 220 V, oleh karena itu menjadikan motor kapasitor ini banyak dipakai pada peralatan rumah tangga.


Gambar 5. Motor kapasitor

Belitan stator terdiri atas belitan utama dengan notasi terminal U1-U2, dan belitan bantu dengan notasi terminal Z1-Z2 Jala-jala L1 terhubung dengan terminal U1, dan kawat netral N terhubung dengan terminal U2. Kondensator kerja berfungsi agar perbedaan sudut phasa belitan utama dengan belitan bantu mendekati 90°.
Pengaturan arah putaran motor kapasitor dapat dilakukan dengan (lihat gambar6):
• Untuk menghasilkan putaran ke kiri (berlawanan jarum jam) kondensator kerja CB disambungkan ke terminal U1 dan Z2 dan terminal Z1 dikopel dengan terminal.
• Putaran ke kanan (searah jarum jam) kondensator kerja disambung kan ke terminal Z1 dan U1 dan terminal Z2 dikopel dengan terminal U1.


Gambar 6. Pengawatan motor kapasitor dengan pembalik putaran.

Motor kapasitor dengan daya diatas 1 KW di lengkapi dengan dua buah kondensator dan satu buah saklar sentrifugal. Belitan utama U1-U2 dihubungkan dengan jala-jala L1 dan Netral N. Belitan bantu Z1-Z2 disambungkan seri dengan kondensator kerja CB, dan sebuah kondensator starting CA diseri dengan kontak normally close (NC) dari saklar sentrifugal, lihat gambar 7.

Awalnya belitan utama dan belitan bantu mendapatkan tegangan dari jala-jala L1 dan Netral. Kemudian dua buah kondensator CB dan CA, keduanya membentuk loop tertutup sehingga rotor mulai berputar, dan ketika putaran mendekati 70% putaran nominalnya, saklar sentrifugal akan membuka dan kontak normally close memutuskan kondensator bantu CA.


Gambar 7. Pengawatan dengan Dua Kapasitor

Fungsi dari dua kondensator yang disambungkan parallel, CA+CB, adalah untuk meningkatkan nilai torsi awal untuk mengangkat beban. Setelah putaran motor mencapai 70% putaran, saklar sentrifugal terputus sehingga hanya kondensator kerja CB saja yang tetap bekerja. Jika kedua kondensator rusak maka torsi motor akan menurun drastis, lihat gambar 8.


Gambar 8. Karakteristik Torsi Motor kapasitor

MotorShaded Pole

Motor shaded pole atau motor phasa terbelah termasuk motor satu phasa daya kecil, dan banyak digunakan untuk peralatan rumah tangga sebagai motor penggerak kipas angin, blender. Konstruksinya sangat sederhana, pada kedua ujung stator ada dua kawat yang terpasang dan dihubung singkatkan fungsinya sebagai pembelah phasa.

Belitan stator dibelitkan sekeliling inti membentuk seperti belitan transfor mator. Rotornya berbentuk sangkar tupai dan porosnya ditempatkan pada rumah stator ditopang dua buah bearing.


Gambar 9. motor shaded pole, Motor fasa terbelah.

Irisan penampang motor shaded pole memperlihatkan dua bagian, yaitu bagian stator dengan belitan stator dan dua kawat shaded pole. Bagian rotor sangkar ditempatkan di tengah-tengah stator, lihat gambar 10.


Gambar 10. Penampang motor shaded pole.

Torsi putar dihasilkan oleh adanya pembelahan phasa oleh kawat shaded pole. Konstruksi yang sederhana, daya yang kecil, handal, mudah dioperasikan, bebas perawatan dan cukup di suplai dengan Tegangan AC 220 V, jenis motor shaded pole banyak digunakan untuk peralatan rumah tangga kecil.

Motor Universal

Motor Universal termasuk motor satu phasa dengan menggunakan belitan stator dan belitan rotor. Motor universal dipakai pada mesin jahit, motor bor tangan. Perawatan rutin dilakukan dengan mengganti sikat arang yang memendek atau pegas sikat arang yang lembek. Kontruksinya yang sederhana, handal, mudah dioperasikan, daya yang kecil, torsinya yang cukup besar motor universal dipakai untuk peralatan rumah tangga.


Gambar 11. komutator pada motor universal.

Bentuk stator dari motor universal terdiri dari dua kutub stator. Belitan rotor memiliki dua belas alur belitan dan dilengkapi komutator dan sikat arang yang menghubungkan secara seri antara belitan stator dengan belitan rotornya. Motor universal memiliki kecepatan tinggi sekitar 3000 rpm.


Gambar 12. stator dan rotor motor universal

Aplikasi motor universal untuk mesin jahit, untuk mengatur kecepatan dihubungkan dengan tahanan geser dalam bentuk pedal yang ditekan dan dilepaskan.

Semoga bermanfaat.

Bahaya Listrik

Judul yang provokatif...."bahaya listrik", karena pada artikel sebelum-sebelumnya hanya membahas seputar tutorial teknik elektro dan berita-berita mengenai perkembangan kelistrikan dan manfaat energi listrik untuk kehidupan manusia. Namun seperti kata pepatah: "Kecil jadi teman, besar jadi lawan" dan hal ini pun berlaku pada listrik, oleh karena itu WAJIB bagi kita untuk mengetahui sejauh mana listrik itu berbahaya, sehingga kecelakaan yang disebabkan oleh penggunaan energi listrik dapat diminimalkan, bahkan dapat dihindari.

Apakah anda pernah tersengat aliran listrik PLN 220V ? jika ya ! pasti sangat mengkagetkan. Bahkan beberapa kasus tersengat listrik bisa berakibat pada kematian. Mengapa tegangan listrik 12 Volt pada akumulator tidak menyengat dan membahayakan manusia ? karena tubuh manusia memiliki batas aman untuk dialiri listrik, beberapa penelitian menyebutkan sampai dengan arus listrik 50 mA adalah batas aman bagi manusia, seperti ditunjukkan pada gambar 1.


Gambar 1. grafik bahaya arus listrik

Jantung sebagai organ tubuh yang paling rentan terhadap pengaruh aliran arus listrik dan ada empat batasan jika kita tersengat aliran listrik(lihat gambar 1).
• Daerah 1 (0,1 sd 0,5mA) jantung tidak terpengaruh sama sekali bahkan dalam jangka waktu lama.
• Daerah 2 (0,5 sd 10 mA) jantung bereaksi dan rasa kesemutan muncul dipermukaan kulit. Diatas 10mA sampai 200mA jantung tahan sampai jangka waktu maksimal 2 detik saja.
• Daerah 3 (200 sd 500mA) Jantung merasakan sengatan kuat dan terasa sakit, jika melewati 0,5 detik masuk daerah bahaya.
• Daerah 4 (diatas 500mA) jantung akan rusak dan secara permanen dapat merusak sistem peredaran darah bahkan berakibat kematian.


Gambar 2. Aliran listrik sentuhan langsung

Model terjadinya aliran ketubuh manusia dapat dilihat pada gambar 2. Sumber listrik AC mengalirkan arus ke tubuh manusia sebesar Ik, melewati tahanan sentuh tangan Rut, tubuh manusia Rki dan tahanan pijakan kaki Ru2. Tahanan tubuh manusia rata-rata 1000 Ώ, arus yang aman tubuh manusia maksimum 50mA, maka besarnya tegangan sentuh adalah sebesar :

UB = Rk. Ik = 1000 Ώ x 50 mA = 50 V

Nah...!!! terjawablah mengapa tegangan Akumulator 12V tidak menyengat saat dipegang terminal positip dan terminal negatifnya, karena tubuh manusia baru merasakan pengaruh tegangan listrik diatas 50V.

Faktor yang berpengaruh ada dua, yaitu besarnya arus mengalir ketubuh dan lama waktunya menyentuh. Tubuh manusia rata-rata memiliki tahanan Rk sebesar 1000 Ώ = 1k Ώ, dan pada saat tangan menyentuh tegangan PLN 220V (gambar 3), arus yang mengalir ketubuh besarnya.


Gambar 3. Tahanan tubuh manusia.

Ik = U/Rk =220V/1000 Ώ = 220mA

Arus Ik sebesar 200mA dalam hitungan milidetik tidak membahayakan jantung, tetapi diatas 0,2 detik sudah berakibat fatal bisa melukai bahkan bisa mematikan.

Tegangan sentuh bisa terjadi dengan dua cara, yaitu:
• Cara pertama tangan orang menyentuh langsung kawat beraliran listrik gambar 4a.
• Cara kedua tegangan sentuh tidak langsung, ketika terjadi kerusakan isolasi pada peralatan listrik dan orang menyentuh peralatan listrik tersebut yang bersangkutan akan terkena bahaya tegangan sentuh gambar b.


Gambar 4a. Tegangan sentuh langsung.


Gambar 4b. Tegangan sentuh tidak langsung.

Kerusakan isolasi bisa terjadi pada belitan kawat pada motor listrik, generator atau transformator. Isolasi yang rusak harus diganti karena termasuk kategori kerusakan permanen. Bahaya listrik akibat tegangan sentuh langsung dan tidak langsung, keduanya sama berbahayanya. Tetapi dengan tindakan pengamanan yang baik, akibat tegangan sentuh yang berbahaya dapat diminimalkan.

cara pengamanan dari bahaya listrik adalah antara lain:
• Yang paling utama dalah menggunakan peralatan-peralatan listrik yang telah mendapatkan sertifikasi dari Lembaga pengujian yang diakui, seperti LMK dan SNI.
• Kawat sebaiknya berisolasi sehingga bila tersentuh tidak membahayakan,
• Peralatan listrik dipasang pentanahan yang baik, sehingga ketika terjadi arus bocor akan disalurkan ke tanah dan tidak membahayakan manusia.
• Perhatikan buku petunjuk dari peralatan (jika ada) dan perhatikan pula masa pakai peralatan.

semog bermanfaat dan bersahabat dengan listrik.

baca juga tentang:
"listrik penyebab kebakaran" di sini.
"perlindungan peralatan listrik dari sambaran petir" di sini.