Pengujian Tegangan Tinggi

Tegangan tinggi adalah semua tegangan yang dianggap cukup tinggi oleh teknisi listrik, sehingga dibutuhkan pengujian dan pengukuran. Standar tegangan tinggi di dunia umumnya berbeda-beda, tergantung kemajuan negaranya masing-masing. Di Indonesia, level tegangan dibagi menjadi 4 macam, yakni: Tegangan Rendah (220-380 V), Tegangan Menengah (7-20 kV), Tegangan Tinggi (30-150 kV), dan Tegangan Extra Tinggi (500 kV). Untuk transmisi biasa digunakan Tegangan Tinggi dan Extra Tinggi sedangkan untuk distribusi menggunakan Tegangan Rendah dan Menengah.

Pengujian tegangan tinggi perlu dilakukan untuk beberapa tujuan, diantaranya:

1. Menemukan bahan (di dalam atau yang menjadi komponen suatu alat tegangan tinggi) yang kurang baik kualitasnya, atau cara pembuatannya salah.
2. Memberikan jaminan bahwa alat-alat listrik dapat dipakai pada tegangan normalnya dalam jangka waktu yang tidak terbatas.
3. Memberikan jaminan bahwa isolasi alat-alat dapat tahan terhadap tegangan lebih (yang didapati dalam praktek operasi sehari-hari) untuk waktu terbatas.

Pengujian tegangan tinggi dibagi menjadi dua jenis berdasarkan pengaruhnya terhadap bahan yang diujikan, yakni destruktif (merusak) dan non destruktif. Pengujian destruktif terdiri dari tiga tahap.

1. Withstand Test (Uji Ketahanan). Pada tes ini, alat/bahan akan diberikan tegangan dalam jangka waktu tertentu. Jika tidak terjadi lompatan api, maka pengujian dianggap memuaskan.
2. Discharge Test (Uji Pelepasan). Pada tes ini, alat/bahan diberikan tegangan yang lebih tinggi daripada tegangan sebelumnya. Tegangan terus dinaikkan hingga terjadi pelepasan pada benda yang diujikan.
3. Breakdown Test (Uji Kegagalan). Pada tes ini, tegangan yang diberikan terus dinaikkan hingga terjadi kegagalan pada bahan/alat yang diujikan.

Pengujian non destruktif adalah pengujian yang tidak merusak bahan. Contohnya Uji tahanan isolasi, faktor rugi-rugi dielektrik, korona, konduktivitas, medan elektrik, dan lain-lain.

Berdasarkan jenis tegangannya, pengujian tegangan tinggi dibagi menjadi dua jenis, pengujian tegangan tinggi AC dan pengujian tegangan tinggi DC. Untuk tegangan AC, dibedakan berdasarkan frekuensi tinggi atau rendah.

Pengujian tegangan tinggi AC frekuensi rendah dilakukan untuk menyelidiki apakah peralatan listrik yang terpasang pada jaringan tegangan tinggi dapat menahan tegangan yang melebihi tegangan operasinya untuk waktu yang terbatas. Hal ini dilakukan karena tidak selamanya tegangan yang diberikan ke peralatan tersebut stabil. Ada kalanya tegangan yang diberikan melebihi batas nominalnya karena putusnya kawat saluran atau hal lainnya.

Pengujian tegangan tinggi AC frekuensi tinggi dilakukan untuk berbagai menguji adanya kerusakan-kerusakan mekanis (keretakan, kantong udara, dan lain-lain) pada isolator, terutama isolator porselen. Tegangan tinggi ini memungkinkan adanya lompatan api pada isolator tersebut. Frekuensi tinggi memungkinkan terjadinya rambatan pada kulit isolator yang diuji. Apabila isolator yang diuji tidak terdapat kerusakan mekanis, maka arus akan merambat melalui permukaan isolator. Apabila isolator yang diuji mengalami kerusakan mekanis, tidak akan terlihat percikan api pada bagian kulit karena arus merambat melalui bagian dalam isolator yang mengalami keretakan (adanya rongga udara).

Tegangan tinggi DC juga perlu diuji. Meskipun tegangan ini tidak banyak digunakan pada sistem transmisi karena mahal dan sulit mentransformasikan level tegangannya, tegangan ini memiliki kelebihan jika digunakan pada sistem transmisi, antara lain:

1. Dengan tegangan puncak dan rugi daya yang sama kapasitas penyaluran dengan tegangan searah lebih tinggi diibandingkan dengan tegangan bolak balik
2. Pengisolasian tegangan searah lebih sederhana
3. Daya guna (efisiensi) lebih tinggi karena faktor dayanya = 1
4. Pada penyaluran jarak jauh dengan tegangan searah tidak ada persoalan perubahan frekuensi dan stabilitas
5. Untuk rugi korona dan radio interferensi tertentu tegangan searah dapat dinaikkan lebih tinggi daripada tegangan bolak balik

Pada tegangan tinggi, terdapat berbagai fenomena-fenomena yang terjadi, diantaranya:

1. Sparkover, merupakan peristiwa pelepasan benda akibat tegangan tinggi yang tidak melalui permukaan. Contohnya pada isolasi cair.
2. Flashover, merupakan peristiwa pelepasan benda akibat tegangan tinggi yang melalui permukaan.
3. Korona, merupakan peristiwa ionisasi molekul-molekul udara diantara dua kawat sejajar bertegangan tinggi, karena medan listrik yang kuat. Medan listrik itu akan mempercepat elektron, sehingga menumbuk molekul-molekul lain dan mengakibatkan terlepasnya ikatan muatan positif dan muatan negatif.
4. Skin effect, merupakan peristiwa mengalirnya arus di kulit konduktor, akibat tegangan dengan frekuensi tinggi.

Salah satu peralatan yang digunakan untuk pengujian ini adalah transformator penguji. Trafo ini berbeda dengan trafo daya. Ciri-ciri trafo penguji antara lain: perbandingan jumlah lilitan lebih besar dibandingkan dengan trafo daya, kapasitas kVA-nya kecil dibandingkan dengan kapasitas trafo daya. Biasanya dipakai transformator satu fasa, karena pengujian dilakukan fasa demi fasa.

Karena udara merupakan media isolasi yang paling banyak digunakan dalam teknik tegangan tinggi, perlu diteliti bagaimana karakteristik udara akibat kenaikan tegangan yang diberikan. Hal ini berguna untuk perencanaan instalasi listrik. Kegagalan yang terjadi pada isolasi disebabkan oleh beberapa hal, seperti kerusakan mekanis, isolator yang sudah lama dipakai sehingga berkurang kekuatan dielektriknya, atau karena tegangan lebih. Tegangan tembus dari isolasi udara ini dipengaruhi bentuk elektroda dan juga jarak antar dua elektroda tersebut.

–

Nilai tegangan tembus akan semakin tinggi apabila jarak antar elektroda semakin besar. Tegangan tembus juga lebih besar saat elektroda yang digunakan bertipe bola-flat.

Pada tipe bola-flat, tegangan tembusnya lebih besar karena bentuk geometris elektroda bola. Bentuknya yang seperti itu menyebabkan distribusi muatan tersebar di seluruh permukaan bola. Elektron akan sulit terlepas dari elektroda ini. Dan untuk melepaskan elektronnya (menyebabkan terjadinya lompatan api), dibutuhkan energi yang besar. Oleh sebab itulah tegangan tembusnya juga semakin besar.

Pada tipe jarum-flat, tegangan tembusnya lebih kecil karena bentuk geometrisnya. Elektron-elektron memiliki kecenderungan untuk berkumpul di titik sudut. Karenanya, tipe jarum ini sangat memungkin elektron-elektron berkumpul di bagian ujung elektrodanya. Elektron akan lebih mudah terlepas dari elektroda dan menimbulkan lompatan api. Sehingga energi yang dapat menyebabkan terjadinya lompatan api tidak terlalu besar dibandingkan bentuk bola, tegangan tembusnya pun lebih kecil.

Untuk pengaruh jarak antar elektroda dan tegangan tembus, berkaitan dengan medan listrik yang berada diantara elektroda. Seperti yang diketahui, medan listrik secara matematis merupakan perbandingan antara tegangan antar elektoda dengan jaraknya. Nilai medan listrik yang menyebabkan terjadinya lompatan api, dipengaruhi oleh karakteristik suhu dan kerapatan udara, sehingga nilainya cenderung tetap. Oleh karena itu, apabila jarak antar elektroda semakin kecil, maka tegangan tembusnya juga semakin kecil. Apabila jarak antar elektroda semakin besar, maka tegangan tembusnya juga besar. Penjelasan lain adalah, apabila jarak antar elektroda kecil, energi yang diperlukan untuk mendorong terjadinya ionisasi diantara dua elektroda itu kecil. Jadi hanya dibutuhkan tegangan tembus yang kecil agar bisa menyebabkan terjadi lompatan api. Sebaliknya jika jarak antar elektroda besar, molekul-molekul udara yang harus diionisasi agar bisa menciptakan lompatan api sangat banyak, membutuhkan energi besar untuk mengionisasinya. Sehingga tegangan tembusnya tinggi.