Pengaruh Banyaknya Tembus dan Variasi Tekanan Gas Terhadap Kekuatan Dielektrik Gas Nitrogen

(1)

LAMPIRAN

1. Data percobaan

P(tekanan) =750,8mmHg

T(Suhu) = 27,2oC

a. Data percobaan gas nitrogen tekanan 1 bar

No Banyak Tegangan tembus

(2)

(3)

b. Data percobaan gas nitrogen tekanan 2 bar

(4)

Tegangan tembus gas Nitrogen (kv/cm) Jumlah sampel

I II III IV V

37 37 kali 33,2 28,1 27,8 34,4 30

38 38 kali 33,4 28,9 28,4 35,4 30,4

39 39 kali 32,6 28,4 27,6 34,9 29

40 40 kali 32,3 28,1 27,3 34,6 28,7

41 41 kali 32,1 27,9 27,1 34,4 28,5

42 42 kali 31,5 27,2 26,7 33,9 28,2

43 43 kali 31,4 27,1 26,6 33,8 28,1

44 44 kali 31,2 27,3 26,1 33,9 27,5

45 45 kali 32,9 29,3 26,6 35,7 29

46 46 kali 33 29,6 26,7 35,8 28,9

47 47 kali 32,8 29,4 26,5 35,6 28,7

48 48 kali 32 28,1 25,7 35,8 27,4

49 49 kali 31,5 27,6 25 35,2 26,7

(5)

c. Data percobaan gas nitrogen tekanan 3 bar

(6)

I II III IV V

37 37 kali 43 42,2 39,9 35,3 35,1

38 38 kali 43,1 42,3 40,5 35,5 36,1

39 39 kali 42,3 41,5 39,7 34,7 35,3

40 40 kali 42,6 42 40,1 34,8 35,5

41 41 kali 42,4 41,6 39,9 34,4 34,7

42 42 kali 44,8 44 41,3 34,9 35,5

43 43 kali 44,1 43,3 40,6 34,2 34,8

44 44 kali 43,9 43,1 40,4 34 34,6

45 45 kali 43 42,6 39,9 33 35

46 46 kali 43,7 43,3 40,6 33,7 35,7

47 47 kali 43,6 43 40,5 33,6 35,8

48 48 kali 42,9 42,4 39,8 32,9 35,5

49 49 kali 42,7 42 39,5 32,5 35,3

(7)

d. Data percobaan gas nitrogen tekanan 4 bar

(8)

I II III IV V

37 37 kali 56,5 48,4 50,4 46,5 52,7

38 38 kali 56,4 48,3 50,3 46,4 52,6

39 39 kali 55,1 46,8 49,8 47,2 52,6

40 40 kali 55,2 46,7 50 47,4 52,7

41 41 kali 53,5 45 48,8 46,2 52,5

42 42 kali 53,6 45,2 48,7 46,5 52,5

43 43 kali 53,3 46,9 49,9 46,4 53,5

44 44 kali 53,2 46,8 49,7 46,8 53

45 45 kali 50,7 46 48,2 45,2 51,4

46 46 kali 51,6 45,2 48,4 45,4 51,9

47 47 kali 50,3 44,1 47,7 43,5 50,4

48 48 kali 50,6 44,4 48,1 43,8 50,6

49 49 kali 51,6 45,4 47,1 45,8 52,6

(9)

e. Data percobaan gas nitrogen tekanan 5 bar

(10)

I II III IV V

37 37 kali 71,5 73,2 67,2 60,4 61,7

38 38 kali 70,4 71,9 66,1 58,9 60,2

39 39 kali 70,3 71,8 66 58,8 60,1

40 40 kali 69,9 71,7 65,9 58,7 60,3

41 41 kali 69,6 71,5 65,1 58 59,8

42 42 kali 70,1 71,8 64,9 58,7 60

43 43 kali 68,7 72,4 65,5 57,3 59,6

44 44 kali 67,5 71,2 64,3 56,1 58,4

45 45 kali 68,5 72,2 65,3 57,1 59,4

46 46 kali 69,8 73,5 67,1 56,9 59,2

47 47 kali 69,7 73,4 67 56,8 59,1

48 48 kali 69,6 72,8 66,4 56,2 58

49 49 kali 69,3 72,9 66,1 56,1 58,1

(11)

(12)

DAFTAR PUSTAKA

1. Tobing, Bonggas L. 2012. “Dasar-dasar Teknik Pengujian Tegangan

Tinggi”. Edisi Kedua, Jakarta:Penerbit Erlangga.

2. Hutauruk, Leonardo. 2007. “Pengaruh Kandungan Udara dalam Gas SF6

terhadap Kekuatan Dielektrik”. Program sarjana (S-1). Universitas

Sumatera Utara. Medan.

3. Jhony. 2007. “Pengaruh Busur Api terhadap Kekuatan Dielektrik Gas

SF6”. Program sarjana (S-1). Universitas Sumatera Utara. Medan.

4. Tobing, Bonggas L. 2012. “Peralatan Tegangan Tinggi”. Edisi Kedua,

Jakarta:Penerbit Erlangga.

5. Prihatnolo, Sasmito Teguh. 2011.“Pengukuran Tegangan Tembus

Dielektrik Udara pada Berbagai Sela dan Bentuk Elektroda Dengan

Variasi Temperatur Sekitar”. 09 Mei 2016.

6. Shandy, Rahardian. “Proses Produksi Nitrogen di Outlet Green Nitrogen”.

29 juli 2016.

http://www.green-nitrogen.com/website/detail/seperti-inilah-proses-produksi-nitrogen-berlangsung-di-outlet-green-nitrogen.html.

7. Lucas, J Rohan. 2001. “High Voltage Enginering”. Sri Lanka:University

of Moratuwa.

8. Nkt Cables. “High Voltage Cable System,Cable and Accessories up to 550

kV”. 24 Mei

9. PT PLN (Persero) P3B, 2013, “Panduan Pemeliharaan Trafo Tenaga”.

(13)

10.Klaus Olbricht, EMB Germany. “Top Solutions for Transformer Life

Time Extension”. Transformer-Life-Management Conference:Jerman.25

Mei 2016.

11.Cigre. “New Concepts for Prevention of Ageing by means of On-line

Degassing and Drying and Hermetically Sealing of Power Transformers”.

(14)

BAB III

METODOLOGI PENELTIAN

3.1.Umum

Metode penelitian ini merupakan suatu langkah yang harus ditempuh

dalam kegiatan penelitian agar pengetahuan yang akan dicapai dari suatu

penelitian dapat memenuhi harga ilmiah. Dengan demikian penyusunan metode

ini dimaksudkan agar peneliti dapat menghasilkan suatu kesimpulan yang dapat

dipertanggungjawabkan secara ilmiah. Metode penelitian ini mencakup

beberapa hal yang masing-masing menentukan keberhasilan pelaksanaan

penelitian guna menjawab permasalahan guna disampaikan dalam penelitian,

langkah-langkah yang telah ditetapkan adalah penetapan tempat dan waktu

penelitian, penetapan prosedur percobaan, dan membuat flowchart pengujian.

3.2.Tempat dan Waktu.

Penelitian dilaksanakan mulai dari tanggal 20 Juni 2016 sampai bulan

Juli 2016 dan bertempat di Laboratorium Teknik Tegangan Tinggi Universitas

Sumatera Utara.

3.3.Bahan dan Peralatan.

Adapun peralatan yang digunakan dalam menyelesaikan penelitian ini adalah :

1. Wadah Penampung gas Nitrogen.

Gas nitrogen didapatkan dari outlet Green Nitrogen. Mesin generator

nitrogen pada outlet ini menghasilkan nitrogen dengan kemurnian 95-99,5%

dan memiliki sertifikat resmi yang dapat dilihat pada lampiran 2. Wadah yang

digunakan untuk gas nitrogen merupakan tabung yang telah dimodifikasi

(15)

terlebih dahulu di vacuum agar 100% kosong, kemudian diisi dengan gas

nitrogen seperti Gambar 3.1 berikut.

Gambar 3.1 Wadah penampung gas Nitrogen

2. High Voltage Test Set Model ET-1010 (Trafo uji).

(16)

Trafo uji ini sudah dilengkapi dengan alat pengukur tegangan tinggi

yang ditempatkan pada panel kontrol. Pada auto transformator disediakan juga

terminal untuk alat ukur eksternal. Auto transformator dapat dilihat pada

Gambar 3.3 sebagai berikut.

Gambar 3.3 Auto Transformator

3. Voltmeter AC (1 set).

Pada panel kontrol disediakan terminal untuk alat ukur eksternal,

sehingga tegangan tembus dari sampel gas Nitrogen dapat diukur melalui

terminal tersebut.Agar hasil pengukuran lebih akurat, maka digunakanlah

voltmeter eksternal. Voltmeter AC dapat dilihat pada gambar 3.4 sebagai

(17)

Gambar 3.4 Voltmeter AC

4. Pompa Vacuum (Vacuum Pump)

Alat ini digunakan untuk menyedot atau memvakumkan kandungan

udara yang ada didalam tabung percobaan dan wadah penampung gas

(18)

Adapun spesifikasi dari pompa vakum yaitu sebagai berikut :

1. Model RV-001.

2. Putaran 400 RPM.

3. Motor 0,2 KV dengan frekuensi 50-60 HZ.

4. 4 Kutub pada 100 Volt untuk 5,5 Amp dan 110 Volt untuk 4,8 Amp.

5. Tahanan peredam 43 kΩ (1 set).

Tahanan peredam digunakan untuk mencegah terjadinya osilasi

tegangan tinggi saat terjadi percikan pada elektroda. Tahanan peredam yang

digunakan adalah sebesar 43 Kohm 60 watt. Tahanan peredam yang digunakan

dapat dilihat pada Gambar 3.6 sebagai berikut.

Gambar 3.6 Tahanan peredam

6. Elektroda bola-bola.

Elektroda bola-bola yang digunakan sebanyak 2 buah dan

masing-masing berdiameter 5 cm. Gambar di bawah menunjukkan 1 set elektroda

(19)

Gambar 3.7 Elektroda Bola-bola

7. Wadah pengukuran gas Nitrogen (Vacuumeter)

Wadah pengukuran gas Nitrogen yang digunakan memiliki diameter 15

cm dan tinggi 80 cm. Wadah pengukuran ini juga sudah dipasang barometer

yang bisa mengukur tekanan gas sampai 5 bar. Gambar 3.8 berikut ini

(20)

3.4.Rangkaian percobaan.

Keterangan:

AT = Autotrafo TU = Trafo Uji

Rp = Tahanan Peredam PT = Trafo Uji

MCB = Saklar Utama M1 = Saklar HVTS

OCR = Over current Relay type instanteous LAMP = Lampu Indikator

(21)

3.5.Prosedur Percobaan.

Prosedur yang dilakukan pada percobaan ini adalah :

1. Peralatan disiapkan dan rangkaian pengujian dibuat seperti Gambar 3.1.

2. Elektroda bola-bola (1 set) dimasukkan ke dalam wadah pengukuran gas

Nitrogen (vacuumeter) dan diatur jarak sela di antara elektroda sebesar 1

cm.

3. Dimasukkan sampel pertama gas Nitrogen dari tabung ke dalam wadah

pengukuran yang telah divakumkan sebelumnya dan diatur tekanan gas

Nitrogen sampai 1 bar.

4. Wadah pengukuran dihubungkan ke trafo uji.

5. Dinaikkan tegangan dari trafo uji sampai gas Nitrogen mengalami tembus

listrik kemudian dicatat nilai tegangan tembusnya.

6. Kemudian dilakukan hal yang sama sampai 50 kali tembus listrik.Setelah

itu, gas nitrogen yang sudah selesai diteliti, dibuang dan diisi dengan

sampel kedua. Lakukan hal yang sama sampai sampel kelima gas Nitrogen

7. Setelah kelima sampel diuji dan data dicatat,percobaan dilanjutkan dengan

memasukkan gas nitrogen dengan variasi tekanan 2,3,4,dan 5 bar kemudian

ulangi prosedur 3 sampai 6.

(22)

3.6.Diagram Alir Percobaan. hingga gas tembus

listrik

Tegangan tembus dicatat

Hitung rata-rata tegangan tembus

(23)

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

Setelah didapat hasil percobaan yang terlampir pada Lampiran 1 bagian a-e,

dihitung nilai kuat medan listrik maksimum yang timbul di antara elektroda

bola-bola kemudian didapat nilai kekuatan dielektrik gas Nitrogen.

Sebelum menghitung kuat medan listrik di antara elektroda bola-bola, maka

terlebih dahulu dihitung nilai faktor effiensi dari elektroda bola-bola.

Nilai faktor effiensi (η) adalah :

• Jarak sela bola-bola (d) = 1 cm

• r = jari-jari elektroda bola

• � =�+_�� = 1+2,5 2,5 = 1,4

• q = 1

• Dengan metode intrpolasi,dicari nilai x seperti tabel berikut ini.

Tabel 4.1 Interpolasi mencari nilai efisiensi.

p q=1

1 1

1,4 x

1,5 0,924

Maka nilai x adalah

(24)

0,5� −0,5 = −0,0304

�= 0,4696

0,5 = 0.9392

Maka nilai faktor effisiensi untuk jarak sela bola-bola 1 cm adalah 0,9392.

Untuk mendapatkan kekuatan dielektrik dari gas nitrogen dilakukan

perhitungan untuk 1 kali tegangan tembus untuk 5 sampel,maka digunakan rumus:

�� =�� =_��

Dimana berdasarkan teori,batas kekuatan dielektrik untuk gas Nitrogen

adalah 30 kV/cm

4.1. Pengujian Kekuatan Dielektrik Gas Nitrogen 1 Bar

Untuk 1 kali tegangan tembus sampel pertama:

��1 =

31,4

1 � 0,9392 = 33,43 �

��

Untuk 1 kali tegangan tembus sampel Kedua:

��2 =

33,6

1 � 0,9392 = 35,78 �

��

Untuk 1 kali tegangan tembus sampel ketiga:

��3 =

32,7

1 � 0,9392 = 34,82�

��

Untuk 1 kali tegangan tembus sampel keempat:

��4 =

30,8

1 � 0,9392 = 32,79�

��

Untuk 1 kali tegangan tembus sampel kelima:

��5 =

29,5

1 � 0,9392 = 31,41�

(25)

Dengan cara yang sama, dihitung nilai kekuatan dielektrik sampai 50 kali

mengalami tegangan tembus. Sehingga nilai kekuatan dielektrik yang telah dihitung

dapat dibuat dalam tabel 4.2 berikut ini.

Tabel 4.2. kekuatan dielektrik gas nitrogen tekanan 1 bar.

(26)

KD gas Nitrogen (kV/cm) Jumlah sampel

Maka dari Tabel 4.2 di atas, dapat dibuat grafik untuk nilai rata-rata dari

kekuatan dielektrik gas Nitrogen dan grafik batas kekuatan dielektrik yang

diijinkan, seperti yang ditunjukkan Gambar 4.1.

Gambar 4.1 Grafik Nilai Kekuatan Dielektrik Rata-Rata Gas Nitrogen

Tekanan 1 Bar Setelah N kali tembus listrik.

y = 0,001x2_{- 0,216x + 34,09}

N kali tegangan Tembus

(27)

Berdasarkan grafik diatas dapat ditulis hubungan Kekuatan dielektrik (y)

dengan Banyak tegangan tembus (x) yaitu =0,0015x2 - 0,2168x + 34,091. Dimana

nilai x merupakan kenaikan 1 kali tegangan tembus. Dapat dilihat titik perpotongan

antara grafik penurunan kekuatan dielektrik gas Nitrogen dengan grafik batas

kekuatan dielektrik gas Nitrogen yang diijinkan dapat dicari dengan menggunakan

persamaan sebagai berikut :

0,0015�2₋_0,2168_�_{+ 34,091 = 30}

Disederhanakan menjadi

0,0015�2−0,2168�+ 4,091 = 0

Dengan menggunakan rumus abc,maka harga x dapat dicari.

�1,2 =

Dari hasil persamaan dapat dilihat bahwa setelah gas nitrogen mengalami

tembus sebanyak 22 kali, penurunan kekuatan dielekktrik dari gas nitrogen sudah

(28)

4.2. Pengujian Kekuatan Dielektrik Gas Nitrogen 2 Bar.

��1 =

37,8

1 � 0,9392 = 40,25 �

��

��2 =

34,5

1 � 0,9392 = 36,73 �

��

��3 =

31,2

1 � 0,9392 = 33,22�

��

��4 =

35,6

1 � 0,9392 = 37,9�

��

��5 =

33,4

1 � 0,9392 = 35,56�

��

Dengan cara yang sama, dihitung nilai kekuatan dielektrik sampai 50

kali mengalami tegangan tembus. Sehingga nilai kekuatan dielektrik yang telah

(29)

(30)

No BanyakTegangantembus

KD gas Nitrogen (kV/cm) Jumlahsampel

Maka dari Tabel 4.3 di atas, dapat dibuat grafik untuk nilai rata-rata dari

kekuatan dielektrik gas Nitrogen dan grafik batas kekuatan dielektrik yang

diijinkan, seperti yang ditunjukkan Gambar 4.2.

dengan Banyak tegangan tembus (x) yaitu = 0,0005x2 - 0,1224x + 35,859. Dimana

y = 0,000x2_{- 0,122x + 35,85}

(31)

0,0005�2 − 0,1224x + 35,859 = 30

0,0005�2 − 0,1224x + 5,859 = 0

�1,2 =

(32)

��1 =

47,5

1 � 0,9392 = 50,57�

��

��2 =

45,1

1 � 0,9392 = 48,02 �

��

��3 =

47,1

1 � 0,9392 = 50,15�

��

��4 =

40,3

1 � 0,9392 = 42,91�

��

��5 =

42

1 � 0,9392 = 44,72�

��

(33)

(34)

Maka dari Tabel 4.4 di atas, dengan persamaan linier maka dapat dibuat

grafik untuk nilai rata-rata dari kekuatan dielektrik gas Nitrogen dan grafik batas

kekuatan dielektrik yang diijinkan, seperti yang ditunjukkan Gambar 4.3.

dengan Banyak tegangan tembus (x) yaitu = 2x10-5x2 - 0,1247x + 46,585. Dimana

y = 2E-05x2_{- 0,124x + 46,58}

(35)

nilai x merupakan kenaikan 1 kali tegangan tembus. DapaT dilihat titik

perpotongan antara grafik penurunan kekuatan dielektrik gas Nitrogen dengan

grafik batas kekuatan dielektrik gas Nitrogen yang diijinkan dapat dicari dengan

menggunakan persamaan sebagai berikut :

2x10−5x2 − 0,1247x + 46,585 = 30

2x10−5x2 − 0,1247x + 16,585 = 0

�1,2 =

(36)

��1 =

59,6

1 � 0,9392 = 64,84 �

��

��2 =

57

1 � 0,9392 = 62,07 �

��

��3 =

49,8

1 � 0,9392 = 54,41 �

��

��4 =

46,9

1 � 0,9392 = 51,32�

��

��5 =

55,7

1 � 0,9392 = 60,69�

��

(37)

(38)

Maka dari Tabel 4.5 di atas,dengan persamaan linier maka dapat dibuat

Gambar 4.4. Grafik Nilai Kekuatan Dielektrik Rata-Rata Gas Nitrogen

dengan Banyak tegangan tembus (x) yaitu = -10-6x2 - 0,1178x + 59,37. Dimana

(39)

−10−6x2 − 0,1178x + 59,37 = 30

−10−6x2 − 0,1178x + 29,37 = 0

�1,2 =

(40)

��1 =

75,6

1 � 0,9392 = 80,49�

��

��2 =

73,9

1 � 0,9392 = 78,68 �

��

��3 =

68,8

1 � 0,9392 = 73,25�

��

��4 =

60,7

1 � 0,9392 = 64,63�

��

��5 =

66

1 � 0,9392 = 70,27�

��

(41)

(42)

Rata-rata

Maka dari Tabel 4.6 di atas,dengan persamaan linier maka dapat dibuat

Gambar 4.5. Grafik Nilai Kekuatan Dielektrik Rata-Rata Gas Nitrogen

dengan Banyak tegangan tembus (x) yaitu = 10-7x2 - 0,1273x + 74,277. Dimana

(43)

10−7x2 − 0,1273x + 74,277 = 30

10−7x2 − 0,1273x + 44,277 = 0

�1,2 =

(44)

Dari penggabungan rata-rata kekuatan dielektrik tiap tekanan maka terlihat

perubahan kekuatan dielektrik pada masing-masing tekanan gas nitrogen seperti

yang terlihat pada Gambar 4.6 berikut.

Gambar 4.6 penggabungan tabel dan grafik percobaan

Dari analisis hasil pengujian dapat diperoleh:

1. Semakin banyak tegangan tembus yang dialami gas nitrogen maka kekuatan

dielektriknya akan mengalami penurunan. Terlihat pada analisis berikut

bahwa pada tekanan 1 bar struktur gas nitrogen mengalami kerusakan pada

22 kali tegangan tembus. Namun pada 2 - 5 bar pengujian sebanyak 50 kali

belum mengalami kerusakan struktur pada nitrogen. Oleh sebab itu,maka

dilakukan peramalan dari 50 kali pengujian dengan persamaan linier.

Diperoleh untuk tekanan 2 bar struktur gas nitrogen mengalami kerusakan

pada 65 kali tegangan tembus, untuk tekanan 3 bar struktur gas nitrogen

mengalami kerusakan pada 136 kali tegangan tembus, untuk tekanan 4 bar

struktur gas nitrogen mengalami kerusakan pada 249 kali tegangan tembus,

0

(45)

dan untuk tekanan 5 bar struktur gas nitrogen mengalami kerusakan pada

347 kali tegangan tembus.

2. Semakin besar jumlah tekanan gas nitrogen maka semakin besar nilai

tegangan tembus yang diterima oleh gas tersebut. Dapat dilihat pada gambar

4.6 bahwa setaiap kenaikan tekanan,terjadi kenaikan pada kekuatan dilektrik

gas tersebut. Hal ini disebabkan karena semakin besar tekanan maka

kerapatan juga semakin tinggi dimana jarak rata-rata antar molekul akan

semakin kecil yang mengakibatkan energi kinetik elektron menjadi lebih

kecil sehingga ionisasi molekul gas akan semakin sulit.

3. Pada hasil pengujian terlihat bahwa hasil pada tiap-tiap sampel percobaan

memiliki nilai yang tidak sama dan pada grafik juga terlihat bahwa terjadi

penurunan yang tidak konstan. Hal ini dapat terjadi dikarenakan ada nya

gangguan pada peralatan pengujian akibat usia peralatan yang sudah tua dan

(46)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1.Kesimpulan

Dari hasil penelitian dan pembahasan yang dilakukan, diperoleh

kesimpulan sebagai berikut:

1. Banyaknya tembus listrik yang dialami oleh gas nitrogen mengakibatkan

kekuatan dielektrik dari gas nitrogen cenderung menurun.

2. Untuk gas nitrogen tekanan 1 bar terjadi penurunan kekuatan dielektrik dari

33,65 kV/cm menjadi 27,26 kV/cm,untuk tekanan 2 bar terjadi penurunan

dari 36,73 kV/cm menjadi 30,98 kV/cm,untuk tekanan 3 bar terjadi

penurunan dari 47,27 kV/cm menjadi 41,63 kV/cm,untuk tekanan 4 bar

terjadi penurunan dari 58,67 kV/cm menjadi 53,29 kV/cm dan untuk

tekanan 5 bar terjadi penurunan dari 73,47 kV/cm menjadi 67,61 kV/cm.

3. Semakin banyak tegangan tembus yang dialami gas nitrogen maka gas

nitrogen akan mengalami kerusakan. Terlihat bahwa pada tekanan 1 bar

struktur gas nitrogen mengalami kerusakan pada 22 kali tegangan tembus.

Untuk tekanan 2 bar struktur gas nitrogen mengalami kerusakan pada 65

kali tegangan tembus, untuk tekanan 3 bar struktur gas nitrogen mengalami

kerusakan pada 136 kali tegangan tembus, untuk tekanan 4 bar struktur gas

nitrogen mengalami kerusakan pada 249 kali tegangan tembus, dan untuk

tekanan 5 bar struktur gas nitrogen mengalami kerusakan pada 347 kali

(47)

4. Semakin besar tekanan dari gas nitrogen maka semakin besar pula kekuatan

dielektrik dari gas tersebut. Hal ini disebabkan karena semakin besar

tekanan maka kerapatan juga semakin tinggi dimana jarak rata-rata antar

molekul akan semakin kecil yang mengakibatkan energi kinetik elektron

menjadi lebih kecil sehingga ionisasi molekul gas akan semakin sulit.

5.2.Saran

Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan didapat beberapa

saran untuk penelitian selanjutnya

1. Pada penelitian selanjutnya dapat dilakukan dengan menambah jumlah

banyak tegangan tembus agar dapat terlihat perubahan yang lebih

signifikan.

2. Karena banyak jenis gas yang dapat dijadikan sebagai bahan isolasi listrik

maka pada penelitian yang akan datang dapat dilakukan penelitian kekuatan

dielektrik dengan menggunakan bahan isolasi gas yang lain.

3. Pada penelitian yang akan datang dapat dilakukan penelitian nilai kekuatan

dielektrik dari pencampuran antara gas Nitrogen dengan SF6.

4. Untuk penelitian selanjutnya dapat dilakukan kalibrasi pada peralatan

(48)

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1. Sifat-sifat Dielektrik Listrik.

Dalam menentukan dimensi suatu sistem isolasi dibutuhkan

pengetahuan yang pasti mengenai jenis, besaran, dan durasi tekanan

dielektrik yang akan dialami bahan isolasi tersebut, dan disamping itu perlu

mempertimbangkan kondisi sekitar di mana isolasi akan ditempatkan.

Selain itu perlu juga diperhatikan sifat-sifat dari berbagai bahan isolasi

sehingga dapat dipilih bahan-bahan yang tepat untuk untuk suatu sistem

isolasi. Sifat-sifat bahan isolasi ditentukan pada keadaan kondisi standar.

Adapun fungsi utama dari bahan isolasi adalah :

a) Untuk mengisolasi antara penghantar dengan penghantar yang lain.

Misalnya antara konduktor fasa dengan konduktor fasa, atau

konduktor fasa dengan tanah.

b) Menahan gaya mekanis akibat adanya arus pada konduktor yang

diisolasi.

c) Mampu menahan tekanan yang diakibatkan panas dan reaksi kimia.

Tekanan yang diakibatkan medan elektrik, gaya mekanik, thermal

maupun kimia dapat terjadi serentak, sehingga perlu diketahui efek bersama

dari semua parameter tersebut. Dengan kata lain, suatu bahan isolasi

dinyatakan ekonomis jika bahan tersebut dalam jangka waktu yang lama

dapat menahan semua tekanan tersebut. Adapun sifat dielektrik yang

(49)

a) Mempunyai kekuatan dielektrik yang tinggi, agar dimensi sistem

isolasi menjadi kecil dan pengunaan bahan dielektrik semakin

sedikit, sehingga harganya semakin murah.

b) Rugi-rugi dielektrik yang rendah, agar suhu bahan isolasi tidak

melebihi batas yang ditentukan.

c) Memiliki kekuatan kerak tinggi, agar tidak terjadi erosi karena

tekanan elektrik permukaan.

d) Memiliki konstanta dielektrik yang tepat dan cocok, sehingga

membuat arus pemuatan tidak melebihi yang diijinkan.

Bahan isolasi juga merupakan bahan konstruksi peralatan. Oleh

karena itu ia juga memikul beban mekanis, sehingga bahan isolasi harus

memenuhi persyaratan mekanis yang dibutuhkan. Sifat mekanis yang

dibutuhkan tergantung dengan pemakainnya. Peralatan-peralatan listrik

akan mengalami kenaikan suhu selama beroperasi baik pada kerja normal

maupun dalam kondisi gangguan, sehingga bahan isolasi harus memiliki

sifat thermal sebagai berikut:

a) Kemampuan menahan panas tinggi (daya tahan panas).

b) Kerentanan terhadap perubahan bentuk pada keadaan panas.

c) Konduktivitas panas yang tinggi.

d) Koefisien muai panas yang rendah.

e) Tidak mudah terbakar.

(50)

Tujuan dari pengujian tegangan tinggi adalah untuk meneliti

sifat-sifat listrik dielektrik baik yang telah digunakan sebagai bahan isolasi

peralatan listrik maupun masih dalam penelitian. Ada sifat-sifat listrik

dielektrik yang perlu diketahui, yaitu:

a) Kekuatan dielektrik

b) Rugi-rugi dielektrik

c) Tahanan isolasi

d) Kekuatan kerak isolasi

2.2.Kekuatan Dielektrik

Suatu dielektrik tidak mempunyai elektron-elektron bebas,

melainkan elektron-elektron yang terikat pada inti atom unsur yang

membentuk dielektrik tersebut. Pada Gambar 2.1 ditunjukkan suatu bahan

dielektrik yang ditempatkan diantara dua elektroda piring sejajar. Bila

tegangan diberi tegangan searah V, maka timbul medan elektrik (E) didalam

dielektrik. Medan elektrik ini memberi gaya kepada elektron-elektron agar

terlepas dari ikatannya dan menjadi elektron bebas. Dengan kata lain,

medan elektrik merupakan suatu beban yang menekan dielektrik agar

berubah sifat dari isolator menjadi konduktor. Hal ini disbut sebagai tembus

(51)

Gambar 2.1. Medan Listrik di Antara Dua Elektroda

Hubungan antara tegangan (V), kuat medan listrik (E) dan jarak kedua

elektroda (s) adalah:

�

=

� �

�

��

�

(2.1)

Beban yang dipikul dielektrik ini disebut juga Kuat medan elektrik,

satuannya dinyatakan dalam Volt/cm. Kuat medan elektrik tertinggi yang

dapat dipikul suatu bahan isolasi tanpa mengakibatkan tembus listrik disebut

kekuatan dielektrik [4].

2.3. Kekuatan Dielektrik Gas.

Bahan dielektrik gas mempunyai susunan molekul/ atom yang relatif

jarang dibandingkan dengan dielektrik cair atau padat. Untuk terjadinya

tembus perlu ada elektron awal. Elektron awal dapat muncul dalam gas

melalui berbagai cara seperti akibat radiasi kosmik,eksitasi thermal atau

elektron dari permukaan katoda akibat berbagai proses radiasi atau emisi

medan.

Bila suatau elektron awal telah tersedia di dalam gas maka bila

(52)

dipercepat dan akan memperoleh energi kinetik yang besar pula. Energi

kinetik yang besar yang dimiliki elektron memungkinkan mengionisasi

molekul/atom gas bila bertumbukan. Dengan adanya ionisasi gas ini maka

muncul elektron kedua. Kedua elektron akan memulai proses serupa untuk

menghasilkan dua elektron baru dan seterusnya. Sehingga di dalam gas akan

terjadi multiplikasi elektron secara eksponensial. Peristiwa ini disebut

avalanche.bila kenaikan elektron berjalan terus maka suatu ketika kedua

elektroda akan dijembatani oleh avalanche dan terjadilah tembus.

Tembus gas dipengaruhi oleh tekanan gas. Makin tinggi tekanan gas

maka kerapatan juga semakin tinggi. Hal ini mengakibatkan jarak rata-rata

antar molekul atau atom semakin kecil dan sebagai akibatnya energi kinetik

elektron lebih kecil dan ionisasi molekul atau atom gas semakin sulit.

Dengan demikian secara umum makin tinggi tekanan gas makin tinggi pula

kekuatan dielektriknya. Pada Tabel 2.1 ditunjukkan berbagai macam jenis

bahan dielektrik gas.

Tabel 2.1. Bahan dielektrik gas.

(53)

2.4. Tegangan Tembus.

Tegangan tembus (Breakdown Voltage) adalah tegangan pada

elektroda yang menyebabkan suatu bahan isolasi tembus listrik.yang mana

didefinisikan sebagai nilai tegangan yang menimbulkan kuat medan elektrik

pada suatu beban isolasi sama dengan atau lebih besar dari pada kekuatan

dielektrik bahan isolasi tersebut. Untuk tegangan impuls, tegangan tembus

dinyatakan dalam nilai tegangan yang memberi probabilitas tembus listrik

50% (V0,5) yang artinya adalah jika suatu bahan isolasi diberi n kali tegangan

impuls sebesar V50%, bahan isolasi tersebut diperkirakan akan mengalami

tembus listrik sebanyak 0,5n kali.

Ada dua syarat yang harus dipenuhi agar bahan isolasi mengalami

tembus listrik,yaitu:

1. Kuat medan elektrik yang dipikul bahan isolasi sama denganatau

lebih besar daripada kekuatan dielektrik bahan isolasi, dan

2. Lama berlangsungnya medan elektrik tersebut sama dengan atau

lebih besar dari pada waktu tunda tembus[1].

2.5. Kegagalan Isolasi Gas

Suatu peralatan listrik jika mengalami kegagalan pengisolasianmaka

akan mengakibatkan terjadinya tembus listrik. Berikut ini akan dijelaskan

secara singkat tentang peristiwa tersebut.

2.5.1. Proses ionisasi.

Ion merupakan atom atau gabungan atom yang memiliki

(54)

dinamai dengan ionisasi[5]. Proses ionisasi dapat dilihat pada

Gambar 2.2. Proses ionisasi

Pada Gambar ditunjukkan model dari suatu atom helium. Inti

atom ini terdiri dari dua proton bermuatan positif dan dua neutron

yang tidak bermuatan. Dua elektron bermuatan negatif berputar

mengelilingi inti atom dengan lintasan yang berbeda. Dalam keadaan

normal akan bersifat netral.

Oleh suatu proses, misalnya karena benturan suatu partikel

dari luar, maka elektron dapat keluar dari lintasannya dan terlepas

menjadi elektron bebas, sehingga partikel yang tersisa dalam atom

tinggal berupa dua proton, dua neutron dan satu elektron. Karena

muatan positif lebih banyak dari muatan negatif, maka total muatan

atom sekarang menjadi positif. Terlepasnya elektron dari ikatan atom

netral sehingga terjadi elektron bebas dan ion positif disebut ionisasi.

Ionisasi dalam gas dapat terjadi karena tiga hal, yaitu: karena adanya

radiasi sinar kosmis, adanya massa yang membentur gas (Ionisasi

(55)

2.5.1.1.Radiasi Sinar Kosmis

Ruang di atas bumi secara terus-menerus dibombardir

dengan partikel-partikel-partikel submikroskopis yang berenergi

tinggi. Sebagian berasal dari matahari yang sering disebut dengan

sinar kosmis. Sebagian berasal dari pemisahan bahan radioaktif yang

setiap menit terjadi di dalam bumi, di langit dan didalam organisme

makhluk hidup. Partikel berenergi tinggi ini membentur elektron

molekul netral. Peristiwa ini membuat gas selalu mengandung

elektron-elektron bebas.

Gambar 2.3 Ionisasi karena radiasi sinar Kosmis

Dari Gambar 2.3 terlihat bahwa energi yang berasal dari

radiasi sinar kosmis yang menimbulkan partikel submikroskopis

yang berenergi tinggi yang disebut juga energi radiasi akan

membentur atom netral yang ada di bumi. Walaupun ada energi

ikat elektron pada atom tersebut atau disebut juga dengan energi

(56)

ionisasi radiasi sinar kosmis. Dimana proses kimianya adalah

sebagai berikut:

A + Energi A+ + e

Dimana

A = Atom netral

A+ = ion Positif

e = elektron bebas

2.5.1.2. Ionisasi karena benturan elektron.

Suatu gas berada diantara dua dua elektroda plat sejajar.

Kedua elektroda diberi tegangan searah, akibatnya timbul medan

listrik diantara kedua elektroda yang arahnya dari anoda ke katoda.

Hal ini dapat dilihat pada Gambar 2.4 sebagai berikut.

(57)

Didalam gas dimisalkan ada satu elektron bebas hasil radiasi

sinar kosmis (ea). Karena adanya medan listrik, elektron tersebut

akan mengalami gaya yang arahnya menuju anoda. Dalam

perjalanan menuju anoda, elektron itu membentur molekul-molekul

netral gas. Jika energi kinetis elektron pembentur lebih besar dari

energi ikat elektron gas, maka elektron gas akan keluar dari

lintasannya menjadi elektron bebas baru dan menyisakan ion positif.

Ion positif akan mengalami gaya dan bergerak menuju katoda

sedang elektron bebas baru akan bergerak menuju anoda. Elektron

baru ini akan mengadakan ionisasi benturan lagi, sehingga elektron

bebas dan ion positif didalam gas semakin banyak jumlahnya.

Pada proses pelepasan (discharge) pada udara dan gas dapat

dibagi menjadi 2 bagian yaitu pelepasan bertahan sendiri

(selfsustainingdischarge) dan pelepasan tak bertahan sendiri

(nonsustainingdischarge). Dalam hal ini mekanisme kegagalan gas

dan udara adalah suatu bentuk transisi dari keadaan pelepasan tak

bertahan menuju pelepasan bertahan sendiri[5].

2.5.1.3. Ionisasi thermis.

Jika temperatur gas dalam suatu bejana tertutup dinaikkan,

maka molekul-molekul gas akan bersirkulasi dengan kecepatan

tinggi sehingga terjadi benturan antar molekul dengan molekul. Jika

temperatur semakin tinggi, maka kecepatan molekul semakin tinggi,

(58)

terlepasnya elektron dari molekul netral. Hal ini dapat dilihat pada

Gambar 2.5 Ionisasi thermis

2.5.2. Deionisasi

Jika suatu elektron bebas bergabung dengan suatu ion positif

akan dihasilkan suatu molekul netral. Peristiwa penggabungan ini

disebut dengan deionisasi. Deionisasi akan mengurangi partikel

bermuatan dalam suatu gas. Jika pada suatu gas terjadi aktivitas

deionisasi yang lebih besar dari aktivitas ionisasi, maka muatan-muatan

bebas didalam gas itu akan berkurang. Hal ini dapat dilihat pada Gambar

2.6 sebagai berikut.

(59)

2.5.3. Emisi.

Emisi adalah peristiwa pelepasan elektron dari permukaan suatu

logam menjadi elektron bebas didalam gas. Ada dua proses emisi yang

berhubungan dengan pembentuk busur api pada pemutus daya, yaitu

emisi thermis dan emisi medan tinggi.

Gambar 2.7 Proses terjadinya emisi

2.6. Proses-proses dasar dalam kegagalan gas.

Mekanisme kegagalan dalam udara yang disebut percikan (spark

breakdown) adalah peralihan dari peluahan tak bertahan sendiri ke berbagai

jenis peluahan yang bertahan sendiri. Sifat mendasar dari kegagalan

percikan ini adalah tegangan pada (across) sela antara elektroda akan

menurun karena adanya proses yang menghasilkan konduktifitas tinggi

antara anoda dan katoda[5].

Ada dua jenis mekanisme dasar yang berperan yaitu:

1) Mekanisme primer, yang memungkinkan terjadinya banjiran

(60)

2) Mekanisme sekunder, yang memungkinkan terjadinya

peningkatan banjiran (avalanche) elektron.

Pada mekanisme primer, proses yang terpenting adalah katoda.

Dalam hal ini katoda akan melepas (discharge) elektron, yang akan

mengawali terjadinya suatu kegagalan percikan (spark breakdown).

Sehingga untuk hal ini elektroda yang mempunyai potensial yang lebih

rendah, yaitu katoda akan menjadi elektroda yang melepaskan elektron.

Adapun fungsi katoda selaku elektroda pelepas elekton adalah [5]:

1) Menyediakan elektron awal yang harus dilepaskan

2) Mempertahankan pelepasan ( discharge )

3) Menyelesaikan pelepasan ( discharge )

2.7. Mekanisme tembus listrik pada gas.

Mekanisme tembus listrik yang digunakan adalah metode tembus

listrik townsend. Metoda ini digunakan untuk di daerah yang mempunyai

tekanan rendah dan jarak sela antara kedua plat sejajar yang sempit. Oleh

karena itu, akan diuraikan mekanisme tembus listrik townsend yaitu sebagai

berikut.

(61)

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

timbullah 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 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

(62)

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 sebagai

berikut.

Gambar 2.9 Banjiran elektron menyebabkan tembus listrik.

2.8. Gas Nitrogen

Nitrogen ditemukan oleh dokter Skotlandia Daniel Rutherford pada

tahun 1772. Nitrogen adalah unsur kelima yang paling melimpah di alam

semesta dan terdapat sekitar 78% dari atmosfer bumi, yang berisi sekitar

4.000 triliun ton gas. Nitrogen diperoleh dari udara cair melalui proses yang

dikenal sebagai distilasi fraksional[3].

2.8.1. Struktur dan sifat gas Nitrogen.

Nitrogen merupakan unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki

lambang N dan nomor atom 7. Biasanya ditemukan sebagai gas tanpa warna,

tanpa bau, tanpa rasa dan merupakan gas diatomik bukan logam yang stabil,

(63)

Gambar 2.10. Bentuk Molekul Nitrogen[4].

Dinamakan zat lemas karena zat ini bersifat malas, tidak aktif

bereaksi dengan unsur lainnya. Nirogen merupakan senyawa penting

seperti asam amino, amoniak, asam nitrat, dan sianida. Nitrogen

mengembun pada suhu 77 oK (-196oC) pada tekanan 1 atmosfir dan

membeku pada suhu 63 oK (-210oC). Adapun sifat-sifat dari Nitrogen

yaitu:

1. Mempunyai massa atom 14,0067 sma

2. Mempunyai nomor atom 7

3. Titik didih -196 oC dan Titik beku -210 oC

4. Mempunyai volume atom 17,30 cm3 /mol

5. Mempunyai struktur heksagonal

6. Mempunyai massa jenis 1,2151 gram/cm3

7. Mempunyai kapasitas panas 1,042 J/goK

8. Mempunyai potensial ionisasi 14,534 Volt

9. Mempunyai nilai elektronegativitas 3,04

10.Mempunyai konduktivitas kalor 0,02598 W/mK

11.Tegangan tembus 30 kV/cm

12.Mempunyai harga entalpi pembentukan 0,36 kJ/mol

(64)

14.Berupa gas tidak berwarna, tidak berasa, tidak berbau, tidak

beracun, Mudah menguap, Tidak reaktif dan Bersifat

diamagnetik.

Kekuatan dielektrik dari gas nitrogen dipengaruhi oleh tekanan

dimana semakin besar tekanan suatu gas maka semakin besar pula

kekuatan dielektriknya. Untuk mendapatkan nilai kekuatan dielektrik

gas Nitrogen dari nilai tegangan tembusnya, maka dipergunakan

Persamaan 2.2 berikut.

�

_��

=

��

�η (2.2)

Dimana

Emax = Kuat Medan Listrik Tertinggi Di Antara Elektroda Bola-Bola

Vt = Tegangan Tembus Media Isolasi Di Antara Elektroda Bola-Bola

d = Jarak Sela Elektroda Bola-Bola

η = Faktor Efisiensi

Faktor efisiensi merupakan fungsi dari karakteristik-karakteristik

geometri elektroda bola-bola. Karakteristik-karakteristik geometri

elektroda bola-bola tersebut adalah :

�

=

�+�

� (2.3)

�

=

�

� (2.4)

Untuk elektroda bola-bola yang identik, maka nilai q sama

dengan satu. Sehingga faktor efisiensi adalah :

(65)

Gas Nitrogen tepat akan tembus listrik pada saat kuat medan

listrik maksimum yang menerpanya sama dengan kekuatan dielektriknya.

Sehingga dapat dinyatakan dalam persamaan :

KDgas nitrogen = Emax (2.6)

Dalam hal ini :

KD = Kekuatan Dielektrik

Berikut ini disajikan nilai faktor efisiensi η untuk berbagai nilai

karakteristik geometri elektroda bola-bola yang identik yang dapat

dilihat pada Tabel 2.2 sebagai berikut.

Tabel 2.2. Nilai faktor efisiensi Ƞ

p q=1

1 1

1,5 0,924

2 0,861

3 0,760

4 0,684

5 0,623

6 0,574

8 0,497

(66)

20 0,291

50 0,1574

100 0,094

300 0,038

500 0,025

800 0,0168

1000 0,0138

2.8.2. Proses produksi Nitrogen.

Dalam memproduksi nitrogen,diperlukan dua alat yaitu Generator

Nitrogen dan kompresor bertekanan tinggi. Dalam proses

produksi,kompresor berfungsi sebagai penyuplai ke mesin generator

nitrogen. Kompresor bertekanan tinggi akan mendorong udara dimana

terdiri dari 79% nitrogen,20% oksigen dan gas lain serta 1% uap air.

Didalam mesin,dengan sistem PSA (Pressure Swing Absorber),angin yang

masuk akan disaring menggunakan CMS (Carbon Molecular Sieve). Fungsi

dari CMS adalah untuk memisahkan gas nitrogen dengan gas oksigen dan

yanga lainya. Sistem PSA pada mesin menjamin kemurnian nitrogen

mencapai 95-99,5%. Indikator kemurnian dapat dilihat langsung pada mesin

generator Nitrogen. Proses produksi dapat dilihat pada Gambar 2.11 sebagai

(67)

Gambar 2.11 Proses produksi Nitrogen[6].

2.8.3. Pengaplikasian Gas Nitrogen pada Peralatan Listrik.

Beberapa pengaplikasian gas Nitrogen pada peralatan listrik yaitu:

1.High Voltage Gas Pressure Cable

Kabel tegangan tinggi ini menggunakan gas nitrogen sebagai

penguat isolator. Pada Gambar 2.12 dapat kita lihat,bahwa nitrogen

akan diisi pada bagian pipa besi diluar kabel dengan tiga inti. Didalam

pipa besi,diisi gas nitrogen dengan tekanan 200 p.s.i. Kabel ini

biasanya dipasang dibawah tanah. Kabel ini digunakan pada jaringan

tegangan tinggi eropa [7].

Dengan tekanan gas yang bekerja inti kabel berbentuk oval,

pembentukan void dicegah, memberikan kekuatan listrik yang

(68)

Gambar 2.12. High Voltage Gas Pressure Cable [7].

2. Penggunaan nitrogen sebagai fire protection Transformator.

Kegagalan fungsi dari sistem isolasi trafo dapat menyebabkan

gangguan pada trafo itu sendiri. Kegagalan isolasi tersebut dapat

berdampak pada terbakarnya trafo dikarenakan besarnya energi

gangguan yang menyebabkan suhu tinggi yang melewati titik bakar

sistem isolasi (minyak dan kertas). Untuk

meminimalisir/mengeliminasi dampak gangguan yang berpotensi

membakar trafo, dilengkapilah trafo tersebut dengan fire protection.

Prinsip dasar sebuah sistem fire protection adalah dengan

menguras dan memutar minyak trafo dengan menggunakan aliran gas

nitrogen (N2) yang bersifat tidak terbakar.

Pada saat terjadi kegagalan fungsi isolator pada isolator,gas

nitrogen diinjeksikan pada main tank trafo. Gas ini akan melingkupi

bagian atas permukaan minyak trafo dan dengan cepat menurunkan

temperatur minyak sampai mencapai di bawah temperatur titik

(69)

diinjeksikan terus menerus selama 45 menit sehingga trafo akan

dingin dan tercegah dari kemungkinan menyalanya api kembali [9].

Proses ini dapat dilihat pada Gambar 2.13 sebagai berikut.

Gambar 2.13. Gas Nitrogen pada Main Tank Trafo [9].

3. Penggunaan nitrogen sebagai bantal gas minyak tertutup

(Hermatically Oil with nitrogen gas cushion)

Gas Nitrogen pada trafo type tertutup (hermatically)

mempunyai fungsi sama dengan konservator. Udara sifatnya

kompresible sedangkan juga nitrogen sifatnya kompresible. Sifat

kompresible nitrogen ini sama dengan fungsi udara dan breather

pada konservator.

Pada trafo konservator,breather berfungsi sebagai lubang

pernafasan dari transformator sehingga tidak ada tekanan pada

transformator karena tekanan (akibat pengembangan volume

(70)

breather dan disaring oleh silica gell pada breather. Silica gell saat

baru berwarna ungu,jika sudah jenuh berisi air akan berubah warna

menjadi merah muda dan rusak akan berwarna coklat atau hitam.

Pada trafo tipe tertutup ini, gas nitrogen yang kompresible

menggantikan prinsip konservator. Tangki tidak diisi oli penuh,

sebagian diisi gas nitrogen. Sewaktu ada tekanan, oli akan ekspansi

ke atas dan menekan nitrogen, nitrogen akan mampat dan memberi

ruang pada oli untuk ekspansi. Pada Gambar 2.14 ditunjukkan jenis

trafo bertipe hermetically sealed.

Gambar 2.14. Trafo tipe Hermetically sealed [11].

Jika terjadi over pressure, akan diamankan oleh pengaman

pressure seperti seperti vacuum bleeder. Fungsi vacuum bleeder

(71)

tekanan di dalam tangki melebihi setting bleeder karena

pengembangan volume minyak, maka tekanan bleader akan

membuang tekanan tersebut. Pada saat temperatur udara dingin maka

volume minyak akan menyusut sehingga terjadi tekanan minus

dibawah setting (vacuum pada tangki trafo) untuk mencegah

kerusakan tangki maka melalui bleeder udara luar akan masuk ke

dalam tangki. Sebagaimana diketahui, udara dari luar ada

kemungkinan kandungan H2O yang bisa merusak minyak trafo [10]

(72)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1.Latar Belakang

Dielektrik adalah suatu bahan yang memiliki daya hantar arus yang

sangat kecil atau bahkan hampir tidak ada. Bahan dielektrik dapat berwujud

gas.Tidak seperti konduktor, pada bahan dielektrik tidak terdapat

elektron-elektron konduksi yang bebas bergerak di seluruh bahan oleh pengaruh medan

listrik. Medan listrik tidak akan menghasilkan pergerakan muatan dalam bahan

dielektrik. Sifat inilah yang menyebabkan bahan dielektrik itu merupakan

isolator yang baik.[1]

Salah satu gas yang dapat dikategorikan sebagai bahan isolator adalah

gas nitrogen. Gas nitrogen merupakan gas terbesar yang ada dibumi dimana

sekitar 78% kandungan udara dibumi adalah nitrogen. Gas nitrogen juga

memiliki tegangan tembus sebesar 30 kV/cm.

Beberapa peralatan listrik menggunakan gas nitrogen sebagai isolasi

terhadap peralatan. Gas ini membantu untuk mendinginkan

konduktor-konduktor berarus listrik yang berada di dalam gas. Selain itu Gas Nitrogen

juga dapat digunakan sebagai media untuk memadamkan busur api. Pada saat

pemutus daya memutuskan arus listrik, maka akan timbul busur api. Gas inilah

(73)

Pada tulisan ini akan dibahas mengenai pengaruh banyaknya tegangan

tembus dan variasi tekanan gas terhadap kekuatan dielektrik gas nitrogen. Dari

penelitian ini diharapkan dapat menentukan suatu parameter baru terhadap

penentuan kekuatan dilektrik dari gas pada peralatan listrik.

1.2.Rumusan masalah

Adapun rumusan masalah dari tugas akhir ini adalah sebagai berikut :

1. Bagaimana pengaruh tegangan tembus terhadap kekuatan dielektrik gas

Nitrogen?.

2. Bagaimana perbandingan kekuatan dielektrik dari gas Nitrogen setelah

terjadi tegangan tembus berulang kali dalam jumlah tertentu?

3. Bagaimana pengaruh tegangan tembus terhadap kekuatan dielektrik

pada berbagai tekanan gas nitrogen?

1.3.Batasan Masalah.

Untuk membatasi materi yang akan dibicarakan pada tugas akhir ini,

maka penulis perlu membuat batasan cakupan masalah yang akan dibahas.

Sehingga penulis membatasi penulisan Tugas Akhir ini kepada hal-hal sebagai

berikut :

1. Tekanan gas yang diujikan adalah 1,2,3,4 dan 5 bar.

2. Tidak membahas sampai terjadinya busur api.

3. Tidak membahas pengaruh korosi.

4. Gas nitrogen yang diteliti adalah gas nitrogen komersil.

5. Pengujian menggunakan elektroda bola-bola berdiameter 5 cm dengan

(74)

7. Tidak membahas reaksi kimia pada kandungan Nitrogen jika terjadi dan

sesudah terjadi tembus listrik

8. Tidak dipengaruhi kondisi lingkungan sekitar.

1.4.Tujuan Penulisan

Adapun tujuan dari penulisan Tugas Akhir ini adalah

1. Untuk mengetahui pengaruh tegangan tembus terhadap kekuatan

dielektrik pada berbagai tekanan gas nitrogen .

2. Untuk mengetahui kekuatan dielektrik dari Gas Nitrogen setelah

menerima tegangan tembus berulang kali dalam jumlah tertentu.

1.5.Manfaat Penulisan

Manfaat yang diharapkan dari penulisan tugas akhir ini adalah untuk

menentukan sebuah parameter baru dalam penentuan kekuatan dielektrik Gas

(75)

ABSTRAK

Bahan isolasi gas nitrogen pada peralatan listrik digunakan sebagai media

isolasi maupun sebagai pendingin. Agar dapat menjalankan fungsinya dengan baik,

maka gas harus memiliki kekuatan dielektrik yang memenuhi standar. Kekuatan

dielektrik pada gas dipengaruhi oleh banyaknya tegangan tembus dan besar tekanan

gas. Pada tulisan ini dilakukan pengujian yang dimaksudkan sebagai studi untuk

mengetahui pengaruh banyaknya tegangan tembus dan variasi tekanan gas

terhadap kekuatan dielektrik gas nitrogen. Pengujian dilakukan dengan

menggunakan elektroda bola - bola diameter 5 cm dengan tembus listrik sebanyak

50 kali pada variasi tekanan sebesar 1-5 bar. Dari hasil penelitian diperoleh bahwa

semakin banyak tembus listrik maka kekuatan dielektrik gas nitrogen menurun.

Selain itu, semakin besar tekanan gas maka kekuatan dielektrik gas nitrogen juga

besar. Terlihat bahwa untuk gas nitrogen tekanan 1 bar terjadi penurunan kekuatan

dielektrik dari 33,65 kV/cm menjadi 27,26 kV/cm dengan batas kerusakan gas

setelah 22 kali tembus listrik, untuk tekanan 2 bar terjadi penurunan dari 36,73

kV/cm menjadi 30,98 kV/cm dengan batas kerusakan gas setelah 65 kali tembus

listrik, untuk tekanan 3 bar terjadi penurunan dari 47,27 kV/cm menjadi 41,63

kV/cm dengan batas kerusakan gas setelah 136 kali tembus listrik, untuk tekanan 4

bar terjadi penurunan dari 58,67 kV/cm menjadi 53,29 kV/cm dengan batas

kerusakan gas setelah 249 kali tembus listrik dan untuk tekanan 5 bar terjadi

penurunan dari 73,47 kV/cm menjadi 67,61 kV/cm dengan batas kerusakan gas

setelah 347 kali tembus listrik.

(76)

PENGARUH BANYAKNYA TEMBUS DAN VARIASI TEKANAN

GAS TERHADAP KEKUATAN DIELEKTRIK

GAS NITROGEN

Diajukan untuk memenuhi persyaratan

menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada

Departemen Teknik Elektro Sub konsentrasi Teknik Energi Listrik

Oleh :

VALENTINO TARIGAN 120402065

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(77)

(78)