Analisis Pengaruh Kecepatan Butiran Hujan Terhadap Perubahan

Dalam dokumen Pengaruh Ukuran Butiran Air Hujan Terhadap Tegangan Tembus Udara (Halaman 75-127)

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.2 Analisa Data

4.2.3 Analisis Pengaruh Kecepatan Butiran Hujan Terhadap Perubahan

Kecepatan butiran air hujan dipengaruhi oleh besar diameter butiran dan ketinggian jatuh hujan tersebut. Semakin besar ukuran diameter butiran dan ketinggian jatuh air hujan maka semakin besar juga kecepatan jatuh hujan tersebut, seperti yang terlihat pada grafik Gambar 2.21.

Dari Tabel 4.1, 4.2 dan 4.3 dapat dibuat grafik yang menyatakan hubungan kecepatan butiran hujan terhadap tegangan tembus udara pada media pengujian elektroda bola – bola, jarum – jarum dan jarum piring, seperti yang dapat dilihat pada Gambar 4.7, 4.8, dan 4.9 berikut.

Gambar 4.7 Pengaruh Kecepatan Butiran Hujan Terhadap Perubahan Tegangan Tembus Udara pada Elektroda Bola – Bola

0 5 10 15 20 25 30 35 40 3.3 3.6 3.8 4 4.1 5.4 6.2 TEGANGAN TEMBUS UDARA (kV)

KECEPATAN BUTIRAN HUJAN (m/s)

ELEKTRODA BOLA - BOLA

Jarak Sela 4 cm Jarak Sela 3.5 cm Jarak Sela 3 cm Jarak Sela 2.5 cm Jarak Sela 2 cm Jarak Sela 1.5 cm

Gambar 4.8 Pengaruh Kecepatan Butiran Hujan Terhadap Perubahan Tegangan Tembus Udara pada Elektroda Jarum – Jarum

Gambar 4.9 Pengaruh Kecepatan Butiran Hujan Terhadap Perubahan Tegangan Tembus Udara pada Elektroda Jarum Piring

0 5 10 15 20 25 30 3.3 3.6 3.8 4 4.1 5.4 6.2 TEGANGAN TEMBUS UDARA (kV)

KECEPATAN BUTIRAN HUJAN (m/s)

ELEKTRODA JARUM - JARUM

Jarak Sela 4 cm Jarak Sela 3.5 cm Jarak Sela 3 cm Jarak Sela 2.5 cm Jarak Sela 2 cm Jarak Sela 1.5 cm 0 5 10 15 20 25 30 3.3 3.6 3.8 4 4.1 5.4 6.2 TEGANGAN TEMBUS UDARA (kV)

KECEPATAN BUTIRAN HUJAN (m/s)

ELEKTRODA JARUM PIRING

Jarak Sela 4 cm Jarak Sela 3.5 cm Jarak Sela 3 cm Jarak Sela 2.5 cm Jarak Sela 2 cm Jarak Sela 1.5 cm

Dari grafik Gambar 4.7, 4.8 dan 4.9 dapat dilihat bahwa kecepatan butiran hujan juga mempengaruhi perubahan tegangan tembus udara, dimana semakin besar kecepatan butiran hujan maka tegangan tembus udara semakin kecil. Hal ini disebabkan sebagai berikut :

 Besar kecepatan butiran hujan dipengaruhi oleh besar ukuran butiran hujan, semakin besar ukuran butiran air hujan maka semakin besar kecepatan jatuh hujan. Dimana dengan semakin besarnya butiran hujan tadi akan membuat udara semakin konduktif, sehingga membuat tegangan tembus udara semakin kecil.

 Selain itu kecepatan butiran hujan juga dipengaruhi ketinggian jatuh hujan seperti pada Gambar 2.21, dimana semakin besar kecepatan hujan maka energi kinetik butiran hujan untuk menumbuk permukaan elektroda juga semakin besar, sehingga butiran hujan tadi akan semakin banyak terpecah dan semakin banyak manghasilkan butiran hujan yang baru yang akan membasahi udara sekitar elektroda dan membuat elektroda semakin konduktif. Seperti pada elektroda bola – bola (Gambar 4.7) dimana penurunan tegangan tembus udara semakin besar dengan semakin tingginya kecepatan butiran hujan.

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 KESIMPULAN

1. Butiran hujan mempengaruhi tegangan tembus udara. Semakin besar ukuran butiran air hujan maka tegangan tembus udara semakin kecil, hal ini disebabkan karena pengaruh kondiktivitas hujan yang lebih besar dibandingkan konduktivitas udara. Sehingga dengan adanya hujan maka konduktivitas udara akan berubah dari keadaan normal.

2. Penurunan tegangan tembus paling besar terjadi pada elektroda bola – bola yaitu 61,46%, sementara penurunan tegangan tembus pada elektroda jarum – jarum dan jarum piring relatif hampir sama yaitu 30,34% dan 32,41%. Hal ini diakibatkan pengaruh luas permukaan elektroda, dimana saat terjadi hujan, butiran hujan akan menumbuk permukaan elektroda bola dan butiran tersebut akan terpecah membentuk butiran hujan yang baru sehingga butiran hujan di sela udara diantara elektroda akan semakin banyak sehingga akan membuat udara diantara sela elektroda akan semakin konduktif dan memperkecil tegangan tembus udara.

3. Semakin besar kecepatan butiran hujan maka tegangan tembus udara semakin kecil, karena semakin besar kecepatan hujan maka energi kinetik butiran hujan untuk menumbuk permukaan elektroda juga semakin besar yang membuat terjadinya banyak butiran hujan yang baru pada sela elektroda saat menumbuk elektroda yang membuat udara semakin konduktif.

5.2 SARAN

1. Eksperimen ini dapat dilakukan kembali dengan membuat alat pemodelan simulasi air hujan buatan yang berbeda.

2. Dalam eksperimen ini, parameter yang diamati hanya ukuran butiran dan kecepatan jatuh butiran hujan. Diharapkan untuk penelitian selanjutnya dapat menggunakan beberapa parameter lain seperti pengkondisian suhu lingkunan hujan, kecepatan angin dan sudut kemiringan hujan.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA 2.1 TEORI KEGAGALAN ISOLASI

Suatu peralatan listrik jika mengalami kegagalan pengisolasian maka akan mengakibatkan percikan (sparkover) atau lompatan listrik (flashover) yang sudah menandakan terjadinya tembus listrik. Terjadinya tembus listrik berhubungan dengan peristiwa ionisasi, deionisasi dan emisi. Berikut ini akan dijelaskan secara singkat tentang peristiwa ketiga tersebut.

2.1.1 Proses Ionisasi

Ionisasi adalah proses munculnya ion disekitar elektroda karena meningkatnya tegangan yang diterapkan. Tegangan yang menyebabkan elektron keluar untuk pertama kalinya disebut tegangan insepsi. Udara ideal adalah gas yang hanya terdiri dari molekul- molekul netral, sehingga tidak dapat mengalirkan arus listrik. Tetapi dalam kenyataannya, udara yang sesungguhnya tidak hanya terdiri dari molekul-molekul netral saja tetapi ada sebagian kecil dari padanya berupa ion-ion dan elektron-elektron bebas, yang akan mengakibatkan udara dan gas mengalirkan arus walaupun terbatas. Kegagalan listrik yang terjadi di udara atau gas pertama-tama tergantung dari jumlah elektron bebas yang ada di udara atau gas tersebut. Konsentrasi elektron bebas ini dalam keadaan normal sangat kecil dan ditentukan oleh pengaruh radioaktif dari luar. Pengaruh ini dapat berupa radiasi ultra violet dari sinar matahari, radiasi radioaktif dari bumi, radiasi sinar kosmis dari angkasa luar dan sebagainya, yang kesemuanya dapat menyebabkan udara terionisasi. Jika diantara elektroda diterapkan suatu tegangan V, maka akan timbul suatu medan listrik E yang mempunyai besar dan arah tertentu. Di dalam medan listrik, elektron-elektron bebas akan mendapat energi yang cukup kuat, sehingga dapat merangsang timbulnya proses ionisasi

a. Suatu Elektron Bebas Membentur Elektron Terikat

b. Elektron Terikat Keluar Dari Lintasannya Menjadi Elektron Bebas Gambar 2.1. (a dan b) Proses Ionisasi

Dari gambar (a) pada Gambar 2.1 memperlihatkan suatu elektron bebas membentur elektron terikat pada muatan netral di udara, sehingga elektron yang terikat kuat tadi keluar dari lintasannya menjadi elektron bebas, seperti yang diperlihatkan gambar (b) pada Gambar 2.1.

Kegagalan listrik yang terjadi di udara tergantung dari jumlah elektron bebas yang ada di udara. Penyebab tembus antara lain tekanan, temperatur, kelembaban, konfigurasi medan, tegangan yang diterapkan, material elektroda, kondisi permukaan elektroda. Ada beberapa cara pembangkitan ion antara lain :

a. Ionisasi benturan (collision) elektron, b. ionisasi thermal,

c. fotoionisasi dan

a. Ionisasi Benturan (collision) elektron

Elektron bebas yang tidak berada dalam medan listrik tinggi, akan diikat oleh suatu molekul netral dan membentuk ion negatif. Bila elektron bebas berada di antara dua plat sejajar yang diberi tegangan searah sehingga timbul medan listrik E di antara kedua plat maka elektron akan mengalami gaya dan bergerak menuju anoda seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.2

Gambar 2.2 Ionisasi Benturan (collision) Elektron b. Ionisasi thermal

Ketika gas dipanaskan hingga mencapai temperatur tinggi, molekul-molekul gas akan mendapatkan energi kinetik yang besar sehingga molekul tersebut bersirkulasi dengan kecepatan tinggi dan menyebabkan terjadinya benturan antar molekul. Bila energi kinetik pada molekul tersebut cukup besar, maka dapat membuat terlepasnya elektron dari ikatan atomnya. Elektron yang terlepas dan molekul lain yang memiliki energi kinetik cukup besar akan saling berbenturan dan melepaskan lebih banyak elektron bebas.

c. Fotoionisasi

Ionisasi ini akibat radiasi atau foton mempengaruhi interaksi radiasi dalam partikel. Fotoionisasi terjadi bila energi radiasi yang diserap oleh molekul melebihi energi ionisasinya dan dapat dituliskan sebagai berikut:

A + hv→ A+

Di mana :

A : Atom atau mokelul netral dalam gas hv : Energi foton

e : Elektron yang terlepas

d. Ionisasi Radiasi Sinar Kosmis

Sinar kosmik adalah radiasi dari partikel bermuatan berenergi tinggi yang berasal dari luar atmosfer bumi. Sinar kosmik dapat berupa elektron, proton dan bahkan inti atom seperti besi atau yang lebih berat lagi. Partikel-partikel ini secara terus menerus membombardir bumi. Karena memiliki energi yang besar, benturan partikel ini dengan molekul netral dapat menyebabkan terlepasnya elektron dari molekul netralnya.

2.1.2 De–ionisasi

Jika suatu elektron bebas bergabung dengan suatu ion positif, akan dihasilkan suatu molekul netral. Peristiwa penggabungan ini disebut deionisasi. Proses de-ionisasi adalah kebalikan dari proses ionisasi. Proses ini terdiri dari kehilangan elektron dengan cara rekombinasi, penggabungan (attachment) elektron dan difusi. Deionisasi akan mengurangi pertikel bermuatan dalam suatu gas. Jika pada suatu gas terjadi aktivitas deionisasi yang lebih besar dari pada aktivitas ionisasi, maka muatan–muatan bebas didalam gas itu akan berkurang.

2.1.3 Emisi

Emisi adalah peristiwa pelepasan elektron dari permukaan suatu logam menjadi elektron bebas didalam gas. Dalam keadaan normal, elektron tidak dapat terlepas dari permukaan logam karena adanya gaya elektrostatik antara elektron dengan ion dalam kisi logam. Supaya elektron ini dapat keluar dari permukaan logam, diperlukan sejumlah energi luar. Besarnya energi ini didefinisikan sebagai fungsi kerja (work function) dengan satuan elektron volt (eV) yang berbeda untuk setiap jenis logam.

Gambar 2.3 Proses Terjadinya Emisi

Seperti pada Gambar 2.3 memperlihatkan bahwa suatu elektron bebas terlepas dari permukaan suatu logam yang diakibatkan proses emisi yang terjadi pada logam tersebut.

Ada empat proses yang menyebabkan terjadinya emisi, yaitu: a. Emisi fotoelektrik

b. Emisi benturan ion positif c. Emisi medan tinggi d. Emisi Thermis

a. Emisi Fotoelektrik

Cahaya yang menghasilkan energi foton akan membentur logam yang memiliki banyak elektron karena logam termasuk bahan yang konduktif. Ketika energi foton lebih besar dari energi ikat elektron maka elektron akan terlepas dari permukaan logam. Untuk lebih jelasnya lihat Gambar 2.4 sebagai berikut :

Gambar 2.4 Emisi Fotoelektrik

b. Emisi Benturan Ion Positif

Massa ion positif lebih besar daripada masa elektron bebas dan ion positif membentur ion negatif pada logam. Karena energi kinetis ion positif lebih besar dari energi ikat elektron logam maka elektron akan terlepas dari permukaan logam. Untuk lebih jelasnya dapat kita lihat pada Gambar 2.5 sebagai berikut :

c. Emisi Medan Tinggi

Permukaan suatu logam tidak semuanya mulus, tetapi selalu ada titik-titik yang runcing. Jika logam tersebut dikenai medan elektrik seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.6 berikut ini:

Gambar 2.6 Emisi Medan Tinggi

Maka elektron yang terdapat permukaan logam katoda (K) akan mengalami gaya yang arahnya menuju anoda (A). Elektron pada ujung runcing akan mengalami gaya yang lebih besar karena intensitas medan elektrik di titik tersebut relatif lebih besar dibandingkan dengan intensitas medan elektrik di bagian yang datar. Jika intensitas medan elektrik cukup besar, maka dari titik runcing tersebut akan dilepaskan elektron bebas. Pelepasan elektron ini yang disebut emisi bintik katoda.

d. Emisi Thermis

Emisi ini terjadi karena logam dipanaskan. Energi panas yang diterima oleh logam menyebabkan elektron bebas di dalam logam memiliki energi kinetik lebih besar. Bila energi kinetik elektron lebih besar dari gaya elektrostatik logam, maka elektron tersebut keluar dari permukaannya dan menjadi elektron bebas pada udara di sekitar permukaan logam tersebut.

Gambar 2.7 Emisi Thermis

2.2 MEKANISME TEGANGAN TEMBUS UDARA

Mekanisme kegagalan dalam gas yang disebut dengan percikan. Sifat mendasar dari kegagalan percikan ini adalah tegangan pada sela antar elektroda akan turun karena adanya proses yang menghasilkan konduktivitas tinggi antara anoda dan katoda.

Ada 2 jenis mekanisme dasar yang berperan :

Mekanisme primer, yang memungkinkan terjadinya banjiran (avalanche) elektron

 Mekanisme sekunder, yang memungkinkan terjadinya peningkatan banjiran elektron.

Pada mekanisme primer, proses yang terpenting adalah proses katoda. Dalam hal ini katoda akan melepaskan (discharge) elektron yang akan mengawali terjadinya suatu

spark breakdown. Adapun fungsi katoda adalah :

 Menyediakan elektron awal yang harus dilepaskan

 Mempertahankan discharge

Pada proses katoda, elekron awal akan dibebaskan sebagian dengan perantara pengionan luar yang akan memulai terjadinya banjiran elektron dari permukaan katoda. Elektron–elektron itu kemudian akan dipercepat oleh medan listrik menuju anoda. Di didalam medan listrik yang cukup kuat, dalam pergerakannya menuju anoda elektron – elektron tersebut akan membentur molekul – molekul gas dan menghasilkan elektron. Sedangkan ion positif akan bergerak ke katoda, tetapi karena mempunyai masa yang lebih besar dari massa elektron, maka pergerakannya lebih lambat daripada elektron.

Pada mekanisme sekunder, proses yang terpenting adalah emisi elektron karena benturan ion positif. Jika ion positif ditembakkan ke permukaan katoda, maka akan dibebaskan elektron ke luar permukaan katoda. Kemungkinan bahwa benturan ion positif pada permukaan katoda akan membebaskan elektroda tergantung dari jenis bahan katoda dan energi ion positif yang menumbuk katoda.

Ada 2 teori mekanisme tembus listrik pada udara, yaitu mekanisme Townsend dan mekanisme Streamer. Mekanisme Townsend hanya berlaku pada medan listrik seragam/homogen, sedangkan mekanisme Streamer berlaku pada medan listrik homogen maupun tidak homogen. Pada tugas akhir ini akan dibahas mekanisme townsend dan streamer, karena kedua mekanisme tersebut berlaku dalam penelitian ini.

2.2.1 Mekanisme Townsend

Metoda ini digunakan untuk di daerah yang mempunyai tekanan rendah dan jarak sela antara kedua plat sejajar yang sempit, seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2.8.. Oleh karena itu, akan diuraikan mekanisme tembus listrik townsend yaitu sebagai berikut :

Gambar 2.8 Elektron – Elektron Bebas di Udara

Dari Gambar 2.8 dapat dijelaskan bahwa didalam Udara terdapat elektron bebas yang disebabkan karena peristiwa ionisasi foton radiasi sinar ultraviolet dan juga terdapat molekul-molekul netral. Apabila kedua elektroda dihubungkan dengan sumber tegangan, maka timbul medan listrik (E) yang arahnya dari anoda ke katoda. Akibat adanya medan listrik, maka ea (elektron bebas) akan mengalami gaya (F) yang arahnya berlawanan dengan arah medan listrik (E). Karena adanya gaya (F) maka ea bergerak dari katoda ke anoda. Dalam perjalanan menuju anoda, elektron bebas membentur atom netral. Jika Energi kinetis elektron awal lebih besar dari energi ikat elektron molekul netral maka akan terjadi ionisasi. Ionisasi benturan menghasilkan satu elektron bebas baru (eb) dan satu ion positif. Jadi, ea dan eb terus bergerak menuju anoda. Dalam perjalanannya menuju anoda ea dan eb membentur lagi atom netral sehingga terjadi lagi ionisasi sehingga jumlah elektron bebas dan ion positif semakin banyak. Ion positif bergerak menuju katoda dan terjadilah benturan ion positif dengan dinding katoda sehingga timbul emisi benturan ion positif. Dari permukaan katoda muncul elektron-elektron baru hasil emisi ion positif membentur lagi atom netral sehingga terjadi lagi ionisasi sehingga jumlah elektron bebas dan ion positif semakin banyak. Selama medan listrik masih ada maka proses ionisasi benturan dan emisi ion positif akan terus berlangsung sehingga terjadilah banjiran elektron dan ion positif. Ion positif yang membentur katoda semakin banyak sehingga elektron hasil emisi ion positif semakin banyak yang menyebabkan banjiran muatan. Muatan yang berpindah dari katoda ke anoda semakin besar yang dimana perpindahan muatan sebanding dengan arus dan dalam selang waktu tertentu perpindahan muatan akan terus bertambah yang menyebabkan banjir muatan dan arus

pun semakin besar yang kemudian terjadilah tembus listrik. Dan dapat kita lihat pada Gambar 2.9 .

Gambar 2.9 Banjiran Elektron yang Menyebabkan Tembus Listrik 2.2.2. Mekanisme Streamer

Mekanisme Streamer berlaku pada medan listrik homogen maupun tidak homogen. Udara yang berada di antara dua plat sejajar yang diberi tegangan, akan mengalami terpaan medan listrik sebesar E0 yang homogen, seperti yang terlihat pada Gambar 2.10. Elektron bebas di udara yang dihasilkan dari proses ionisasi radiasi sinar kosmis atau fotoionisasi akan mengalami gaya yang arahnya menuju anoda. Dalam perjalanannya, elektron ini akan menyebabkan proses ionisasi benturan sehingga terbentuk suatu muatan ruang. Karena adanya muatan ruang pada celah, maka medan listrik pada celah kedua plat berbeda pada setiap bagian pada celah, seperti yang dapat dilihat pada Gambar 2.10.

Gambar 2.10 Medan pada Celah Karena Adanya Muatan Ruang[4]

Ada dua jenis streamer :

a. Positif, atau streamer yang mengarah ke katoda b. Negatif, atau streamer yang menuju ke anoda

a. Streamer Positif

Karena massa elektron yang lebih ringan daripada ion positif, maka pergerakan elektron lebih cepat daripada ion positif. Saat elektron bebas sudah mencapai anoda dan masuk ke dalam anoda, ion positif dapat dianggap masih dalam posisi semulanya. Ion positif yang tertinggal ini membentuk muatan ruang seperti kerucut dengan muatan yang terkonsentrasi pada bagian depan kerucut (kawasan P dan Q) dekat anoda sehingga medan listrik di sekitarnya lebih besar dibandingkan dengan bagian runcing kerucut, seperti yang dapat dilihat pada Gambar 2.11.

Gambar 2.11 Ion Positif Masih Berada pada Posisinya Saat Elektron Telah Masuk ke Dalam Anoda[11]

Kemudian elektron bebas baru terbentuk dari proses fotoionisasi dan bergerak ke daerah P dan Q. Selama perjalanan, elektron ini akan membentur molekul netral dan membentuk suatu banjiran muatan sekunder, seperti yang dapat dilihat pada Gambar 2.12.

Gambar 2.12 Terbentuk Banjiran Muatan Sekunder dari Elektron Bebas Baru[11]

Banjiran elektron pada banjiran muatan ini akan bergerak menuju bagian depan kerucut dan membentuk plasma. Plasma adalah gas terionisasi, yaitu gas yang memiliki banyak elektron bebas dan ion positif. Karena plasma memiliki elektron

bebas dan ion positif, medan listrik pada plasma lebih rendah daripada medan listrik E0. Bagian depan kerucut memendek karena terbentuknya plasma tersebut, tetapi medan listrik di sekitarnya masih tinggi. Proses pembentukan banjiran muatan sekunder terjadi lagi di sekitar bagian depan kerucut dan banjiran elektronnya bergerak menuju bagian depan kerucut lagi dan membentuk plasma sehingga plasma memanjang, seperti yang dapat dilihat pada Gambar 2.13.

Gambar 2.13 Ion Positif dan Elektron Membentuk Plasma dan Banjiran Muatan Sekunder Lain Terbentuk[11]

Proses ini akan terus berlangsung sampai plasma mencapai katoda. Saat plasma ini menghubungkan anoda dan katoda, peristiwa lewat denyar terjadi. Mekanisme ini disebut mekanisme Streamer positif karena plasma memanjang dari anoda ke katoda.

b. Streamer Negatif

Pada mekanisme Streamer negatif ini, plasma berawal dari katoda dan memanjang sampai anoda. Saat elektron bebas awal berada dekat dengan katoda dan banjiran muatan terjadi dekat dengan katoda. Banjiran elektron ini menyebabkan medan listrik E1 di daerah R menjadi lebih besar daripada medan listrik E0 ditunjukkan pada Gambar 2.14.

Gambar 2.14 Medan Listrik pada Daerah R Berubah Karena Muatan pada Celah[11]

Kemudian elektron bebas dari proses fotoionisasi yang berada pada daerah tersebut akan bergerak lebih cepat dan membentuk suatu banjiran muatan sekunder, ditunjukkan dalam Gambar 2.15.

Gambar 2.15 Terbentuknya Banjiran Muatan Sekunder pada Daerah R[11]

Banjiran ion positif sekunder akan bergerak menuju banjiran elektron awal dan membentuk plasma ditunjukkan dalam Gambar 2.16. Proses ini akan berlangsung terus sampai plasma mencapai anoda.

Gambar 2.16 Terbentuknya Plasma dan Proses Plasma Memanjang[11]

2.3 FAKTOR YANG MEMPENGARUHI TEGANGAN TEMBUS UDARA

Sifat listrik udara dipengaruhi oleh lingkungan sekitar, sehingga nilai tegangan tembus udara juga akan berubah sesuai kondisi lingkungan sekitar udara. Berikut ini faktor – faktor yang mempengaruhi tegangan tembus udara :

a. Temperatur udara

Pada media dielektrik udara peningkatan temperatur udara akan mempengaruhi pertambahan energi yang dapat mempercepat pergerakan elektron-elektron di udara, selain itu temperatur yang tinggi akan meningkatkan jumlah proses ionisasi thermis dan emisi thermis yang akan berakibat pada penurunan kekuatan dielektrik udara.

b. Tekanan udara

Bila tekanan udara besar, jumlah molekul di dalam udara semakin banyak yang berarti proses ionisasi dapat terjadi lebih banyak. Tetapi bila tekanan terlalu tinggi, gerakan muatan dari proses ionisasi akan terhambat sehingga proses ionisasi berikutnya akan berkurang. Bila tekanan udara terlalu rendah, jumlah molekul yang sedikit akan menyebabkan proses ionisasi sangat sedikit.

c. Kelembaban udara[11][12]

Kelembaban didefinisikan sebagai besarnya kandungan uap air dalam udara. Rasio kelembaban (ω) adalah berat atau massa air yang terkandung dalam setiap kilogram udara kering.

ω = 0,622 ………(2.2) Dimana :

ω = rasio kelembaban (kg uap air /kg udara kering) Pt = tekanan atmosfer (kPa)

Ps = tekanan parsial uap air dalam keadaan jenuh (kPa)

Bila kelembaban tinggi, kandungan air dalam udara meningkat sehingga mudah terjadi ionisasi karena air memiliki energi ikat yang lebih rendah dari kandungan lain dalam udara. Energi ikat air sekitar 13,6 eV, nitrogen (N2) sekitar 17,1 eV, CO2 sekitar 14,6 eV, H2 sekitar 15,6 eV, dan oksigen (O2) sekitar 12,08 eV. Elektronvolt (eV) merupakan satuan dari energi suatu partikel yang besarnya 1,6 x 10-19 joule. Bila kandungan air semakin banyak maka udara akan lebih mudah terionisasi dan menyebabkan kekuatan dielektrik udara turun. Kekuatan dielektrik merupakan kuat medan listrik yang mampu dipikul oleh suatu bahan dielektrik tanpa mengakibatkan bahan tersebut tembus listrik. Semakin banyak kandungan air dalam udara menyebabkan udara semakin mudah terionisasi. Hal ini menyebabkan turunnya tegangan yang diperlukan untuk membuat udara tersebut tembus listrik.

2.4 Efek Kondisi Udara

Hasil pengujian dielektrik udara tergantung pada kondisi udara. Karena itu, hasil pengujian ketika udara dalam keadaan standar perlu dinyatakan, yaitu pada suhu udara 200C, tekanan udara 760 mmHg dan kelembaban udara 11g/m3. Hasil pengujian pada keadaan standar adalah :

Dalam dokumen Pengaruh Ukuran Butiran Air Hujan Terhadap Tegangan Tembus Udara (Halaman 75-127)