Pemeliharaan Instrumentasi Nuklir

STTN-P STTN-Pemeliharaan Instrumentasi Nuklir

PENGARUH LINGKUNGAN PERALATAN/INSTRUMEN Pada umumnya suatu peralatan/instrumen elektronik yang terdiri dari berbagai macam komponen elektronika dirancang untuk dioperasikan pada lingkungan yang telah ditentukan. Persyaratan lingkungan tersebut antara lain: tegangan listrik yang berasal dari PLN/GenSet., suhu dan kelembaban ruangan, debu, kwalitas udara yang masuk ruangan dan sebagainya. Tujuan dari persyaratan tersebut adalah agar peralatan/instrumen dapat dioperasikan dengan benar dan aman sehingga keandalan dan ketersediaan peralatan/instrumen selalu terjaga. Oleh karena itu akan kita pelajari faktor lingkungan apa saja yang berpengaruh terhadap beroperasinya peralatan/instrumen dan bagaimana cara mengatasi gangguan lingkungan yang terjadi. Bahan korosif di udara Kelembaban Tinggi (RH)

Radiasi sinar-x, gamma

-Peralatan -Instrument -Komponen

Temperatur ekstrim (T)

Variasi Tekanan

Serangan jamur dan serangga Jaringan Listrik (PLN) Spike Sag Under Voltage Over Voltage Surge Voltage Drop

Gambar 1. Skema pengaruh lingkungan terhadap peralatan

I. KELEMBABAN 



Tingkat kelembaban serta temperatur yang konstan sangat penting bagi banyak proses produksi maupun pengoperasian mesin-mesin presisi, apalagi untuk mempertahankan mutu. Sebagaimana kita diketahui bersama, karena letaknya pada tropical belt , maka iklim di Indonesia itu lembab hampir sepanjang tahun. Pada musim kemarau kelembaban rata-rata 70%, sedangkan pada musim penghujan bahkan dapat mencapai diatas 85%

Prajitno-2008

1

STTN-P STTN-Pemeliharaan Instrumentasi Nuklir 





Tingkat kelembaban yang tinggi ini sungguh sangat tidak menguntungkan untuk produk-produk tertentu karena tingkat kelembaban yang tinggi akan mempercepat tumbuhnya micro organisme yang merusak, misalnya tumbuhnya jamur pada bahan makanan, kertas, tekstil, kayu, juga timbulnya karat pada barang logam dan seringnya terjadi induksi pada peralatan elektronika. Untuk mengatasi keadaan tersebut diatas, diperlukan suatu alat yang dapat menurunkan kelembaban atau lazim disebut dengan DEHUMIDIFIER. Dehumidifier dapat digunakan diruangan bertemperatur 15 – 30 0C juga dapat bersama-sama dengan unit Air Conditioner yang diperlukan dalam proses produksi yang memerlukan temperatur rendah disamping harus kering secara stabil.

Pengertian Tingkat Kelembaban Kelembaban ialah tingkat kebasahan udara. Ini dinyatakan dengan prosentase nisbi terhadap titik jenuhnya. Udara jenuh dengan kelembaban 100% jika didalam 1m 3 udara, temperatur 30 0C, mengandung 30 gram uap air, atau temperatur 20 0C mengandung 17 gram uap air. Pesawat Dehumidifier (Penyerap Kelembaban Udara)

Gambar 2. Diagram pesawat dehumidifier Cara kerja: Udara ruangan dihisap dan dialirkan melalui pipa-pipa pendingin sehingga terjadi pengembunan. Titik-titik air yang terkumpul dari proses ini dibuang keluar melalui saluran pembuangan (drain). Karena proses dehidrasi ini, maka udara yang disemburkan kembali ke dalam ruangan menjadi kering dan hangat. Temperatur mengalami kenaikan sekitar 4 0C. Prajitno-2008

2


Contoh jenis barang dan kebutuhan pengkondisian udara Jenis Alat Listrik

Pemotretan Perpustakaan

Nama barang Kumparan coil, transformator transformat or Peralatan sinar X Laboratorium Alat pengukur panas Mesin-mesin Mesin-mesi n analis/data Ruang cuci & cetak film Ruang gelap Ruang penyimpanan

Temp 0C 22-24 20 22-24 22-24 20-22 20-22 21-22 21-26

RH % 15 40 40-60 40-60 50 45-55 45-55 40-50

II. POWER CONDITIONING Power conditioning adalah merupakan bagian dari kegiatan pemeliharaan yang sifatnya pencegahan terhadap gangguan yang terjadi pada jaringan listrik yang digunakan untuk mencatu peralatan elektronik dan atau peralatan elektrik. Ada 9 macam gangguan yang mungkin terjadi pada jaringan listrik, seperti ditunjukkan pada Gambar 3.

Gambar 3. Gangguan-gangguan yang mungkin terjadi pada jaringan listrik (PLN). Power Failure atau Blackout adalah total hilangnya listrik AC untuk 1 cycle atau lebih lama, biasanya hilang lebih dari 20 milidetik. Beberapa instrumen elektronik yang sangat peka dapat berhenti bekerja dan semua data di memori hilang. Masalah paling besar dengan interupsi tegangan adalah banyaknya gangguan line setelah pemulihan tegangan line selama menghubungkan kembali dari banyak peralatan beban besar pada line sama dan

Prajitno-2008

3


hampir dalam waktu bersamaan. Sifat dari gangguan jaringan ini dapat campuran dari semua kemungkinan gangguan yang ada. Power sags adalah penurunan tegangan listrik lebih dari separuh nominal tegangan selama beberapa detik (01 – 4detik). Mengakibatkan gangguan kerja catu daya karena input tegangan tidak mencapai ambang batas minimal yang dibutuhkan. Penyambungan pada beban besar seperti motor besar, pemanas listrik, airconditioner dan peralatan lain yang selalu menyebabkan sag , karena peralatan itu menarik arus yang sangat besar yang menurunkan tegangan untuk sesaat dan regulator tegangan line butuh waktu tertentu untuk pulih ke tegangan line nominal Power Surge biasanya terjadi ketika tegangan 110% ditas normal, disebabkan oleh perubahan beban yang cukup besar pada jaringan listrik saat dimatikan. Mengakibatkan keausan komponen listrik, yang akan berdampak pada kerusakan peralatan. Surge sering disebabkan oleh pelepasan beban besar dari jaringan dengan efek tegangan naik sesaat. Meskipun surge terjadi dalam waktu singkat, kemampuannya cukup besar untuk mengganggu unjuk kerja peralatan elektronik yang peka. Under Voltage atau Brownout adalah penurunan tegangan jaringan listrik dalam waktu yang cukup panjang (2 menit – jam). Penurunan tegangan umumnya disebabkan oleh pembebanan lebih pada jaringan. Biasanya penurunan tegangan penyebab beberapa masalah unjuk kerja ketika tegangan jaringan turun pada titik dimana operasi berhenti. Over Voltage adalah kenaikan tegangan jaringan listrik dalam waktu yang cukup panjang (2 menit – jam). Kenaikan tegangan biasanya disebabkan oleh regulasi jaringan yang jelek atau beban pada jaringan rendah dikarenakan diluar jam bekerja atau tengah malam. Kebanyakan dari masalah disebabkan oleh tegangan lebih yang membuat penekanan berlebihan dari komponen dan disipasi panas dari alat berlebihan. Dibawah keadaan seperti itu dalam jangka waktu panjang dan sangat sering, peralatan elektronik mengalami kegagalan awal atau degradasi. Electrical Line Noise adalah gangguan noise pada jaringan listrik yang diakibatkan oleh Radio Frequency Interference (RFI) atau Electromagnetic Interference (EMI). Mengakibatkan kerusakan pada logic circuit, data file, juga merusak ketepatan hasil cetak dan ketepatan pengukuran suatu proses. Frequency variation adalah perubahan frekwensi dari frekwensi normalnya (50 Hz). Disebabkan oleh bekerjanya generator yang terganggu. Hal ini dapat mengakibatkan data corruption, hard drive crash, keyboard lockup. Switching Transient Switching transient umumnya disebut impulse spike, biasanya sangat singkat dalam jangkauan mikrosekon sampai beberapa millisekon. Permasalahan dengan pulsa transient adalah tegangan puncaknya mencapai hingga ribuan volt dengan potensi merusak atau menurunkan peralatan elektronik seketika. Switching transient yang dibentuk oleh potensial imbas petir (lightning) atau medan elektromagnetik balik disebabkan oleh pemutusan beban induktif besar. Prajitno-2008

4


Amplitudo tegangan puncak, durasi dan kekuatan pulsa adalah tiga parameter utama yang menentukan interferensi line dan energi bersifat merusak. Dengan amplitudo sangat tinggi, durasi yang sangat singkat dapat dengan mudah menerobos instrumen catu daya normal kemudian menyerang rangkain elektronik inti dan tak dapat diramalkan. Electro magnetic interference (EMI) EMI mempengaruhi fungsi normal dari instrument elektronik dengan memberi pengaruh dari tegangan yang tidak diinginkan dan arus lewat konduksi atau radiasi elektromagnetik. EMI disebabkan oleh masalah intra sistem atau masalah inter sistem. Masalah intra sistem dapat terjadi dari interferensi diantara rangkaian berbeda berdekatan lewat catu daya bersama, umpan balik positip antara pemancar dan penerima, osilasi diri dari penerima atau pemancar frekuensi tinggi atau hubungan antar tingkat dari rangkaian lewat arus ground loop. Biasanya problem inter sistem EMI adalah interferensi radio dengan rangkaian sinyal level rendah atau hubungan kontak relay dengan kontrol industri lewat line daya. Dalam banyak kasus, EMI menghasilkan derau untuk mengganggu keluaran instrument, misalnya hasilnya memberikan data salah. Ada sejumlah metoda prinsip mengurangi EMI menjadi minimum: 1. Temukan sumber pengganggu EMI dan buat perisai yang benar, hubungkan atau lepas sumber derau ini. 2. Temukan alur penghubung dan buat spasi dengan benar atau lindungi jika alur penghubung adalah radiasi atau buat filter jika alur penghubung adalah konduksi. 3. Temukan peralatan penerima dan buat decoupling lokal, isolasi dan perisai dsb.

Gambar 4. Bentuk gangguan pada jaringan listrik

Prajitno-2008

5


PENANGGULANGAN GANGGUAN JARINGAN LISTRIK Voltage Stabilizer : Voltage stabilizer atau sering disebut A.V.R. (Automatic Voltage Regulator) adalah alat untuk menstabilkan tegangan listrik (PLN), dengan tujuan agar peralatan yang menggunakan stabilizer lebih terjamin stabilitas tegangannya. Stabilizer ada beberapa macam : a. Menggunakan servo motor. Penstabil tegangan ini terdiri terdiri toroidal auto transformer, motor servo dan rangkaian feedback mekanik yang berguna untuk menstabilkan tegangan. Motor servo berputar kekiri/kekanan untuk menggeser tap pada auto transformer secara otomatis sesuai dengan perubahan yang terjadi pada tegangan input. Apabila kestabilan tegangan sudah diperoleh maka motor akan berhenti berputar, waktu yang diperlukan untuk mencapai kestabilan ini 2 s/d 5 detik. Kontak antara keluaran dengan Auto transformer dilakukan dengan mengesekkan wiper dari rangkaian r angkaian mekanik dengan bagian kawat dari auto transformer yang sudah dikupas isolatornya sehingga tidak ada penyaring terhadap gangguan listrik (spikes, surge, sag). sag) . b. Menggunakan Relay. Stabilnya listrik menggunakan beberapa relay, yg bekerja bila tegangan listrik naik atau turun. Akibatnya reaksinya cepat, tapi range kestabilan kasar. ± 5%. dan tanpa penyaringan gangguan listrik. c. Sistim Ferro-Resonant/ Line Conditioner/ Constant Voltage Transformer (CVT). Sistim ini paling bagus, untuk memberikan kestabilan pada beban, reaksi/responsenya sangat cepat, hanya perlu 0,04 detik saja untuk mencapai tegangan yang stabil, dalam menyaring tegangan listrik lebih bagus dari model b, mengunakan trafo isolasi, dan kapasitor (untuk meredam spikes, surge, sag , noise , dan spike dari spike dari petir), oleh karena itu sering disebut juga sebagai Line Conditioner atau Power Conditioner. Kekurangannya untuk beban dibawah kapasitasnya effisiensinya rendah, barangnya berat dan harganya mahal.

Gambar 4. Prinsip dasar CVT Prajitno-2008

6


Dalam peralatan ini shunt magnetis antara kedua lilitan memungkinkan sebagian besar perubahan diteruskan ke sekunder dari lilitan primer. Lebih dari itu, kapasitor X menyebabkan suatu reaktif besar pada lilitan sekunder, yang dengan demikian membuat jenuh rangka ian magnetic sekunder. Kejenuhan ini meningkatkan isolasi magnetis antara kedua lilitan karena bertambahnya fluks primer membuat alur melalui shunt magnetic. Tentu saja, tidak terhubungnya akan mengisolasi sekunder dari sumber energi rangkaian primer. Karena alasan ini, tindakan pengaturan kurang sempurna. Suatu lilitan kompensasi tambahan sangat meningkatkan rangkaian. Lilitan ini membawa ARUS BOLAK-BALIK dan menentang lilitan fluks primer. prinsipnya, mendasari pengaturan: Semakin tinggi tegangan sekunder menyebabkan beban arus AC, tetapi arus ini menghasilkan tindakan tidak terhubung, yang mengurangi pengaruh tegangan sekunder. Trafo ini adalah sensitip dengan frekwensi jaringan, dengan pada saat memasang harus diperhatikan frekwensi bekerjanya 50 Hz atau 60 Hz. Tegangan Transient Transient dalam untai/sirkuit listrik diakibatkan oleh pelepasan yang mendadak dari energi yang sebelumnya disimpan. Energi ini dapat disimpan dalam untai dan dilepaskan secara sengaja atau kegiatan pengaturan pemutusan atau energi dapat disimpan diluar sirkuit dan diinjeksikan atau digabungkan kedalam untai oleh beberapa tindakan diluar kontrol dari perancang sirkuit. Transient mungkin terjadi dalam bentuk pulsa berulang atau acak. Transient berulang seperti misalnya tegangan spike komukasi, pemutusan beban induktif dan sebagainya. Transient berulang ini lebih mudah diamati, ditentukan dan ditekan. Transient acak lebih sukar dipahami dan kejadiannya dengan waktu yang tidak dapat diperkirakan, pada lokasi yang jauh dan membutuhkan pemasangan instrumen pengamat untuk mendeteksi kejadian. Proteksi transient efektif tegangan lebih memerlukan dorongan energi untuk didisipasi dalam tambahan suppresor pada suatu tegangan yang cukup untuk memastikan kelangsungan hidup komponen sirkuit.

Transient berulang Perubahan tiba-tiba kondisi listrik dari sembarang sirkuit akan menyebabkan dihasilkannya suatu tegangan transient dari energi yang disimpan dalam sirkuit induktansi atau kapasitansi. Kecepatan perubahan dalam arus (di/dt) dalam induktor (L) akan menghasilkan suatu tegangan sama dengan –L di/dt dan akan menjadikan sifat berlawanan yang menyebabkan arus meneruskan lewat dalam arah yang sama. Efek ini yang menyebabkan semua pemutusan mengakibatkan transient tegangan lebih. Ini terjadi sebagai commutating spike dalam sirkuit konversi daya, saat pemutusan beban dan dibawah kondisi jelek. Secara jelas, sumber dibatasi oleh energi disimpan dalam induktansi (½Li 2) dan umumnya didisipasi pada daya sesaat yang tinggi (Energi = daya × waktu).

Prajitno-2008

7


Mengaktifkan primer tranformator Ketika transformator diaktifkan pada puncak dari catu tegangan, kopling dari tegangan fungsi undak pada kapasitan and induktan liar (stray) dari gulungan sekunder dan menghasilkan suatu goyangan tegangan transient dengan puncak amplitudo hampir dua kali puncak normal tegangan sekunder (gambar-5). Selanjutnya goyangan tergantung pada parameter L dan C dari sirkuit. Bagian penting lain yang perlu diingat adalah sisi sekunder akan menjadi bagian dari network pembagi kapasitif seri dengan kapasitan antar gulungan dari transformator (Cs). Kapasitansi ini melangsungkan spike tegangan tidak mempunyai hubungan langsung dengan ratio belitan dari transformator, sehingga ini dapat dipahami bahwa sirkuit sekunder dapat dilihat suatu fraksi yang benar dari puncak dikenakan tegangan primer.

Gambar-5. Tegangan transient disebabkan oleh pengaktifan transformator primer

Menonaktifkan primer transformator Membuka sirkuit primer dari transformator menghasilkan tegangan transient yang ekstrim, khususnya jika transformator mengendalikan beban impedansi tinggi. Transient melebihi sepuluh kali tegangan normal telah diamati diantara daya semikonduktor saat pemutusan tipe ini terjadi. Pemutusan arus magnetisasi transformator dan menyebabkan hilangnya fluk magnit dalam inti, meneruskan transient tegangan tinggi pada gulungan sekunder transformator (Gambar-6).

Gambar-6. Tegangan transient disebabkan oleh pemutusan magnetisasi arus trafo.

Prajitno-2008

8


Transien Acak Sering, masalah transien muncul dari sumber daya masuk ke untai. Transien ini menciptakan permasalahan karena amplitudo, durasi dan isi energi sulit digambarkan. Transien umumnya disebabkan oleh pemutusan beban paralel pada cabang yang sama dari sistem distribusi, meskipun dapat juga disebabkan oleh petir. Efek Dari Tegangan Transien 1. Efek pada semikonduktor Kebanyakan peralatan semikonduktor tidak toleran dari tegangan transien lebih dari tegangan rating. Bahkan transien yang singkat dalam beberapa mikrosekon dapat menyebabkan semikonduktor rusak catastrophically atau mungkin melemahkan sehingga memperpendek waktu hidupnya. 2. Efek pada kontak elektromekanik Tegangan tinggi dihasilkan oleh pemutusan arus pada induktor dengan switch mekanik akhirnya akan menyebabkan lubang (pitting), pengelasan (welding), pemindahan material atau erosi dari kontak. Sifat kerusakan akhir dari kontak tergantung pada faktor-faktor jenis metal yang dipakai, banyaknya membuka, kontak bounce, atmosfer, temperatur dan operasi ac atau dc. Barangkali paling penting adalah banyaknya energi didisipasi pada tiap operasi dari kontak. 3. Efek pada isolasi Tegangan lebih transien dapat mengakibatkan kerusakan isolasi, hasilnya gangguan temporer dari bekerjanya peralatan atau kegagalan seketika. 4. Pembangkitan derau Dengan gerbang nalar sensitip masalah derau adalah sering memperoleh kepopuleran, khususnya dalam lingkungan dengan peralatan elektromekanik. Derau dapat mengganggu peralatan manufaktur otomatis, peralatan kedokteran, komputer, alarm dan mesin yang dikontrol thyristor. Gangguan tersebut dapat mengakibatkan kerugian produk, waktu, uang dan bahkan kehidupan manusia. Derau masuk sistem langsung pada kawat atau ground dihubungkan ke sumber atau lewat kopling kawat bersebelahan.

Prajitno-2008

9


Penekan Transient Ada dua kategori pokok dari penekan transient: a. atenuasi transient, kemudian mencegah perambatan menuju sirkuit sensitive b. mengalihkan transient jauh dari beban sensitive sehingga membatasi sisa tegangan

Gambar-7. Karakteristik tegangan/arus untuk 1 Ω resistor linier dan varistor nonlinier

Atenuasi transient, menjaga dari perambatan jauh dari sumbernya atau menjaga dari penimpaan pada beban sensitive adalah disempurnakan dengan penapis dipasang secara seri dengan sirkuit. Penapis umumnya adalah tipe low-pass , mengatenuasi transient (frekuensi tinggi) dan membolehkan sinyal atau daya (frekuensi rendah) tanpa gangguan. Mengalihkan transient dapat disempurnakan dengan clamping-tegangan yaitu suatu komponen mempunyai impedansi variabel yang tergantung pada arus yang lewat atau tegangan diantara ujung-ujungnya. Alat ini memperlihatkan karakteristik impedansi tidak linier, sehingga hukum Ohm digunakan tetapi persamaan memiliki variabel R. Karakteristik tegangan-arus dari alat clamping ini agak bergantung waktu, tetapi tidaklah memerlukan waktu tunda seperti dalam memicu thyristor. Dengan alat clamping-tegangan, sirkuit tak dipengaruhi oleh kehadiran dari alat sebelum dan sesudah transient untuk sebarang tegangan steady-state dibawah level clamping. Hasil tindakan clamping tegangan dari bertambahnya penarikan arus lewat alat sebagai tegangan cenderung naik. Jika arus ini bertambah lebih besar dari tegangan naik, impedansi dari alat adalah tidak linier (Gambar-7). Jelas kelihatan hasil tegangan clamping dari menambah tegangan drop (IR) di dalam sumber impedansi dikarenakan bertambahnya arus. Sehingga harus jelas dimengerti bahwa alat ini tergantung pada impedansi sumber untuk menghasilkan clamping.

Gambar-8. Pembagian tegangan dengan penekan impedansi variabel Prajitno-2008

10


Penyederhanaan pembandingan antara pengamanan dengan alat penekan linier dan nonlinier Andaikan suatu tegangan sirkuit terbuka 3000V (seperti Gambar-8) 1. Jika impedansi sumber Zs = 50 Ω dengan suatu impedansi penekan Zv = 8 Ω Perkiraan arusnya adalah : I = 3000/(50+8) = 51,7 A dan V zv = 8 x 51,7 = 414 V Maksimum tegangan muncul diujung terminal dari jenis nonlinier varistor V130LA20A pada 51,7A adalah 330 V. Catatan

: Zs x I = 50 x 51,7 = 2586 V Zv x I = 8 x 51,7 = 414 V = 3000 V

2. Jika impedansi sumber hanya 5 Ω (10:1), tegangan diujung resistor linier 8 Ω adalah : Meskipun, varistor nonlinier mempunyai impedansi jauh lebih kecil, dengan iterasi V R

= 3000

8 5

+8

= 1850V

dari kurva karakteristik, coba 400V pada 500A, yang mana benar untuk V130LA20A; untuk menguji kebenaran dari dugaan kita hitung I. I

=

3000 − 400V 5

= 520 A

Zs x I = 5 x 520 Vc

= 2600V = 400V = 3000V

Ringkasan: Level pengamanan yang dicapai Linier 8Ω Nonlinier Varistor

Pengandaian impedansi sumber 50Ω 414V 330V

5Ω 1850V 400V

Gambar 9. Tegangan clamping untuk V130LA20A - V275LA40A Prajitno-2008

11


Apakah Varistor Itu ? Varistor adalah tergantung tegangan, alat/komponen non linier yang mempunyai sifat elektrikal menyerupai back to back dioda back dioda zener. Karakteristik breakdown tajam simetris seperti terlihat pada gambar 10, memungkinkan varistor memberikan untuk kerja menekan transien sangat baik. Ketika expose ke tegangan tinggi transien impedansi varistor besarnya berubah beberapa tingkat dari mendekati sirkuit terbuka sampai level sangat konduktif, sehingga menekan tegangan transien pada level aman. Energy yang berpotensi merusak dari pulsa transien yang datang diserap oleh varistor, dengan demikian mengamankan komponen yang mudah terpengaruh. Susunan pokok dari varistor adalah zinc oxide dengan ditambahi sedikit bismuth, cobalt, manganese dan logam oksida lainnya. Struktur dari bodi terdiri dari suatu matrik butiran konduktif zinc oxide dipisahkan oleh butiran pembatas memberikan karakteristik semikonduktor kontak P-N. Pembatas ini berfungsi untuk mencegah konduksi pada tegangan rendah dan sumber dari konduksi listrik nonlinier pada tegangan tinggi. Dalam varistor energi diserap seluruhnya pada seluruh bodi dengan hasil panas menyebar secara merata lewat volumenya. Sifat listrik adalah utamanya dikendalikan oleh dimensi pisik dari bodi varistor yang di-sinter dalam berbagai faktor bentuk seperti piringan (discs), keping (chip) dan tabung (tubes). Tingkatan energi ditentukan oleh volume, tingkatan tegangan oleh ketebalan dan kemampuan arus oleh daerah diukur normal pada arah dari arus lewat. Varistor tersedia dengan tegangan operasi dari 4 V sampai 6000V. Tegangan yang lebih tinggi dibatasi hanya oleh kemampuan pengemasan. Puncak penanganan arus lebih 70.000A dan kemampuan energi sampai dengan 10.000J untuk unit yang terbesar. Karakteristik V-I Varistor Karakteristik elektrikal varistor ditampilkan menggunakan format log-log agar supaya jangkauan kurva V-I tertampil. Kurva tipikal karakteristik V-I ditunjukkan seperti pada gambar-8.

Gambar-10. Kurva V-I varistor dibentuk pada skala log-log

Prajitno-2008

12


Perancangan Dengan Varistor Pemilihan Varistor Varistor harus bekerja dibawah kondisi steady-state dan transient. Proses pemilihan memerlukan suatu pengetahuan dari lingkungan elektrikal. Ketika lingkungan tidak sepenuhnya ditentukan, beberapa perkiraan dapat dibuat. Hampir semua aplikasi, pemilihan adalah lima step proses : 1. Tentukan kebutuhan tegangan kerja steady-state 2. Pastikan energi transient diserap oleh varistor 3. Hitung arus puncak puncak transient lewat varistor 4. Tentukan keperluan disipasi daya 5. Pilih satu model untuk memberikan kebutuhan karakteristik tegangan clamping Rating tegangan steady-state Andaikan tegangan steady-state maksimum dikenakan pada varistor termasuk sebarang kondisi jaringan (misal 110% atau melebihi teg. nominal). Rating diberikan untuk ac sinus dan konstan dc. Jika suatu bentuk gelombang bukan sinus dikenakan, tegangan puncak berulang harus dibatasi pada √2xVmak. Spesifikasi untuk varistor seri LA ditunjukkan seperti pada gambar-11 untuk 130Vac. 0

0

Maximum Rating (85 C) Continous Model Number

Model Size Dia. (mm)

Device Marking

RMS Voltage

DC Voltage

Vm(ac)

Characteristics (25 C)

Transient

Maximum Clamping Voltage Vc @ Test Current (8/20µS)

Varistor Voltage @ 1mA DC Test Current

Typical Capacitance

Energy (10/ 1000µS )

Peak Current (8/20µS)

Vm(dc)

W tm

Itm

MIn

VN(dc)

Max.

Vc

Ip

F=0,1 – 1 MHz.

(V)

(V)

Joules

(A)

(V)

(V)

(V)

(V)

(A)

Picofarad

V130LA1

7

1301

130

175

11

1200

184

200

255

340

10

180

V130LA20A

20

130L20

130

175

70

6500

184

200

228

340

100

1900

V250LA40A

20

250L40

250

330

130

6500

354

390

429

650

100

1000

Gambar-11. Tabel rating Tabel rating dan karakteristik Energi Rating energi transient diberikan spesifikasi dengan kolom W tm dalam joule (watt-detik). Rating adalah energi maksimum yang diijinkan untuk satu pulsa tunggal dari 10/1000 µS bentuk gelombang dengan tegangan dikenakan kontinyu. Rating energi berdasar pada satu geseran dari V N kurang lebih 10% nilai awal. Ketika transient dihasilkan dari discharge suatu induktansi (misal: motor, tranformator) atau suatu kapasitor, sumber energi dapat siap dihitung tetapi dalam banyak hal transient adalah dari suatu sumber eksternal pada peralatan dan nilainya tidak diketahui. Untuk situasi ini teknik perkiraan dapat digunakan untuk mengestimasi transient energi yang diserap oleh varistor. Untuk menentukan penyerapan energi persamaan τ

berikut digunakan, yaitu :

E

= ∫ V (t ) I (t )∆t = KV I τ c

c

0

Prajitno-2008

13


dimana : I

τ Vc K

= arus puncak dikenakan = lebar pulsa = tegangan clamp yang dihasilkan = konstanta sesuai tabel bentuk pulsa

Nilai K diberikan seperti pada Gambar-12 untuk berbagai bentuk gelombang yang sering ditemui. Nilai K dan lebar pulsa hanya berkaitan arus bentuk gelombang, andaikan bentuk pulsa tegangan varistor hampir konstan selama arus pulsa. Untuk bentuk gelombang yang kompleks, pendekatan ini dapat juga digunakan dengan membagi bentuk dalam segmen yang dapat di perlakukan terpisah. Bentuk Pulsa

Persamaan

K

IPK Sin (πt/ τ)

0,637

I PK ) τ PK (t/ τ

0,5

IPK Sin (πt) e-t/ τ

0,86

IPK e-t/1,44τ

1,4

IPK

1,0

Gambar-12. Faktor kontanta bentuk energi Diandaikan bentuk gelombang eksponensial seperti Gambar-13 dikenakan pada varistor V130LA1, maka :

Gambar-13. Bentuk pulsa eksponential Bentuk gelombang dibagi menjadi dua bagian yang dipisahkan menggunakan faktor tabel bentuk pulsa. Bentuk gelombang pada bagian (1) 0 sampai 5 µS. Karakteristik Karakteristik V-I dari spesifikasi diperoleh maksimum tegangan ujung V130LA1 pada 100A didapatkan 500V. Bagian(1) = E = K V c I τ = (0,5) (500) (100) (5) (10 -6) = 0,13 J -6 Bagian(2) = E = K V c I τ = (1,4) (500) (100) (50-5) (10 ) = 3,15 J Total = 3,28 J Spesifikasi dari tabel diperoleh rating dari V130LA1 adalah 11 Joule sehingga cukup untuk aplikasi. Prajitno-2008

14


NOISE (Derau) Jika daya listrik komersial bentuk gelombangnya selalu sinus murni, hidup akan lebih mudah. Tetapi tidaklah demikian. Selalu ada, sedikitnya beberapa noise (derau) atau fluktuasi acak pada jaringan. Petir atau bahkan motor yang yang sedang dihidupkan atau dimatikan menambahkan spike singkat yang dapat mendorong kearah tegangan yang cukup tinggi untuk merusakkan transistor. Penapis lolos rendah (Low Pass Filter) dan semikonduktor pemotong tegangan dapat melindungi dari gangguan semacam ini.

Gambar 14. Pengaman masukan catu daya Pada gambar penapis Electro Magnetic Interference (EMI) adalah penapis lolos rendah. Kapasitor boleh jadi kira-kira 0.01 sampai 0.047 nF sedangkan choke kira-kira sekitar 500 mH. Pemotong (clipper) diberi label MOV. Untuk110 V AC, MOV yang sering digunakan adalah pada 180 volt. Untuk 220 V digunakan pada nilai tegangan 350 V. UPS (Uninteruptible Power Supply)

UPS digunakan untuk memberikan catu daya/listrik pada perangkat yg terpasang padanya bila jaringan listrik PLN padam mendadak, sehingga peralatan tidak akan mengalami terputusnya catu listrik. Untuk itu, UPS dilengkapi dengan baterei kering/SLA (Sealed Lead Acid) maintenance free, dengan daya tahan 2 atau 3 tahun tidak rusak. Sedang daya tahan UPS bila jaringan listrik PLN padam antara 10 - 30 menit, tergantung kapasitas beban. Didalam UPS juga ada pengisi baterei, oleh karena itu bila baterei kosong dan listrik PLN ada, baterei akan diisi/charged, bila penuh otomatis berhenti, dan seterusnya. Disamping itu UPS juga berfungsi untuk menstabilkan listrik, menyaring listrik, agar terbebas dari gangguan yang ada di jaringan listrik PLN (berupa spikes, sag, surge, noise ). noise ). UPS dirancang untuk bekerja dalam dalam 2 cara yaitu Stand By Mode dan Mode dan On-Line Mode . Pada Stand By Mode tegangan PLN dihubungkan langsung ke beban melalui transfer switch ketika Listrik PLN dalam keadan normal, dan pada saat yang Prajitno-2008

15


bersamaan listrik PLN tersebut juga digunakan oleh mengisi Battery. Ketika listrik PLN padam maka dengan kecepatan yang tinggi Transfer Switch akan menghubungkan beban ke DC to AC inverter (ada waktu pindah 3 s/d 4 mili detik = 0,004 detik), sehingga supply listrik ke beban tetap terjaga.

Gambar-15. UPS Stand By Mode Pada Mode On-line, beban selalu terhubung ke Inverter DC to AC, sehingga proses rectifikasi AC ke DC, pengisian battery dan proses konversi dari DC ke AC selalu berlangsung tiap saat. Ketika listrik PLN padam maka proses rectifikasi AC to DC akan berhenti dan battery akan mengambil alih fungsi tegangan listrik PLN untuk menggerakkan Inverter DC to AC, sehingga supply listrik ke beban tetap terjaga.

Gambar-16. UPS On-Line Mode Jika pada aplikasi untuk peralatan UPS di Switch pada mode Stand By maka By maka tidak akan ada manfaat apapun yang bisa diperoleh dari penggunaan UPS karena beban tetap terhubung langsung ke PLN, sehingga kualitas listrik yang diterima oleh beban adalah tetap kualitas tegangan listrik PLN tanpa stabilisasi, filtrasi, dll. Manfaat dari penggunaan UPS baru dapat dirasakan kalau UPS dioperasikan pada mode On-line , karena pada mode ini proses stabilisasi baru terjadi. Namun ketika peralatan mengkonsumsi listrik dari UPS yang sedang dalam On-Line Mode maka ada masalah yang timbul yaitu :

Prajitno-2008

16


Gambar 17. Modified Sine Wave Penggunaan gelombang persegi sebagai gelombang penggerak. Umumnya UPS menggunakan gelombang persegi dan variannya sebagai gelombang penggerak, setidaknya ada dua jenis gelombang yang umumnya digunakan oleh pembuat UPS yaitu: a. Gelombang Step-square/Modify Sine-wave. Bentuk gelombang listriknya kotak2. b. Gelombang Sine-wave / sinus, seperti listrik PLN atau genset. Pada dasarnya Modified Sine Wave adalah juga merupakan turunan dari gelombang kotak. Alasan utama digunakannya gelombang kotak sebagai gelombang penggerak pada UPS adalah agar dapat dilakukan proses switching pada proses konversi dari DC ke AC. Untuk memenuhi kebutuhan sistem berbasis komputer, saat ini banyak UPS dapat dikontrol dengan komputer secara intelegent atau smart : 1. UPS Intelegent, Int elegent, maksudnya bila listrik PLN padam, p adam, maka UPS akan memberitahukan kepada komputer, bahwa PLN padam dan komputer dapat dimatikan secara otomatis, oleh software intelegent . Dan semua data di simpan ke harddisk. 2. UPS Smart, lebih canggih dari intelegent, disamping kesanggupan tsb. diatas, software dapat pula mencatat data kapan PLN padam, baterei rendah, melakukan pengetesan baterei, menjadwal komputer shut-down & start-up . 3. UPS yang paling canggih lagi adalah UPS yang dilengkapi dengan true RS232 port & atau slot SNMP (Simple Network Management Protocol)/HTTP (Hyper Text Transfer Protocol), Protocol) , dimana UPS dapat dihubungkan dengan advance SNMP card, Net-Agent, dan card ini menjadi satu kesatuan dengan UPS, dan dapat diberikan IP address, misalnya di-set 192.168.100.10, sehingga data data UPS dapat di amat-amati jarak jauh via internet.

Prajitno-2008

17

Pemeliharaan Instrumentasi Nuklir

Recommend Documents