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

(1)

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

(2)

(3)

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.

(4)

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur saya ucapkan atas kehadirat Tuhan Yang Maha Esa

yang telah memberikan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat

menyelesaikan tugas akhir ini dengan baik.

Tugas akhir ini merupakan bagian kurikulum yang harus diselesaikan untuk

memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di

Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

Adapun judul Tugas Akhir ini adalah:

PENGARUH BANYAKNYA TEMBUS DAN VARIASI TEKANAN GAS

TERHADAP KEKUATAN DIELEKTRIK GAS NITROGEN.

Penulis menyadari bahwa dalam menyelesaikan tugas akhir ini tidak

terlepas dari dukungan, bantuan serta bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena

itu, saya ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada

beberapa pihak yang berperan penting yaitu :

1. Buat keluarga saya, terutama kepada kedua orang tua saya, Bapakku tercinta

Jacob Tarigan dan Mamakku tersayang Rosida Malau yang telah

memberikan dukungan finansial, motivasi, semangat, dan nasihat kepada

saya. Saya persembahkan Tugas Akhir ini untuk Bapak, Mamak dan

Saudari Kak Febri dan Kak Mita.

2. Bapak Ir. Hendra Zulkarnain selaku Dosen Pembimbing penulis yang telah

banyak meluangkan waktu dan memberikan bimbingan dalam

menyelesaikan tugas akhir ini.

3. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si selaku Ketua Departemen Teknik

(5)

4. Bapak Rahmad Fauzi S.T, M.T selaku Sekretaris Departemen Teknik

Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

5. Bapak Ir. Zulkarnaen Pane, M.T dan Bapak Ir. Syahrawardi selaku dosen

penguji penulis yang banyak memberikan masukan dan arahan selama

proses pengerjaan Tugas Akhir ini.

6. Bapak Ir. Syahrawardi selaku Kepala Laboratorium Tegangan Tinggi yang

telah mengijinkan penulis untuk mengambil data di Laboratorium Tegangan

Tinggi FT-USU.

7. Bapak Tigor Hamonangan Nasution S.T., M.T., selaku dosen wali yang

selalu mengawasi, membimbing, dan menyemangati saya selama masa

perkuliahan.

8. Seluruh staf pengajar Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik,

Universitas Sumatera Utara.

9. Seluruh staf pegawai Departemen Teknik Elektro,Fakultas Teknik,

Universitas Sumatera Utara.

10. Sahabat-sahabat asisten di Laboratorium Teknik Tegangan Tinggi TA.

2015/2016 yaitu Gomgom,dan Nova yang banyak memberi semangat dan

masukan dalam pengerjaan Tugas Akhir.

10. Sahabat-sahabat saya yaitu Binsar, Bobby, Desy, Ira, Johannes, Marco, dan

Ray Calvin yang banyak memberi semangat dan dengan kerelaan hati

meluangkan waktunya untuk membantu pengambilan data Tugas Akhir.

11. Sahabat-sahabat stambuk 2012 yang telah banyak memberikan masukan, doa

(6)

12. Seluruh abang dan kakak senior serta adik-adik junior yang telah

memberikan dukungan dan bantuan selama penyelesaian Tugas Akhir ini.

13. Serta untuk semua yang telah mendukung penyelesaian Tugas Akhir ini yang

tidak dapat disebutkan penulis satu persatu.

Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini jauh dari sempurna, oleh karena

itu penulis sangat mengharapkan adanya kritik dan saran yang bertujuan untuk

menyempurnakan dan memperkaya kajian Tugas Akhir ini.

Akhir kata saya mengucapkan terima kasih dan semoga Tugas Akhir ini

dapat bermanfaat bagi para pembaca.

Medan, 21 September 2016 Penulis,

(7)

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... ii

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR GAMBAR ... viii

DAFTAR TABEL ... x

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1.Latar Belakang ... 1

1.2.Rumusan Masalah ... 2

1.3.Batasan Masalah ... 2

1.4.Tujuan Penulisan ... 3

1.5.Manfaat Penulisan ... 3

BAB II LANDASAN TEORI ... 4

2.1.Sifat-sifat Dielektrk Listrik ... 4

2.2.Kekuatan Dielektrik ... 6

2.3.Kekuatan Dielektrik Gas ... 7

2.4.Tegangan Tembus ... 9

2.5.Kegagalan Isolasi Gas ... 9

2.5.1.Proses Ionisasi ... 9

(8)

2.5.1.2.Ionisasi karena Benturan Elektron ... 12

2.5.1.3.Ionisasi Termis ... 13

2.5.2.Deionisasi ... 14

2.5.3.Emisi ... 15

2.6.Proses-proses Dasar dalam Kegagalan Gas ... 15

2.7.Mekanisme Tembus Listrik pada Gas ... 16

2.8.Gas Nitrogen ... 18

2.8.1.Struktur dan Sifat Gas Nitrogen ... 18

2.8.2.Proses Produksi Nitrogen ... 22

2.8.3.Pengaplikasian Gas Nitrogen pada Peralatan Listrik ... 23

BAB III METODOLOGI PENELITIAN... 28

3.1.Umum ... 28

3.2.Tempat dan Waktu ... 28

3.3.Bahan dan Peralatan ... 28

3.4.Rangkaian Percobaan ... 34

3.5.Prosedur Percobaan ... 35

(9)

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 37

4.1.Pengujian Kekuatan Dielektrik Gas Nitrogen 1 Bar ... 38

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 60

5.1.Kesimpulan ... 60

5.2.Saran ... 61

DAFTAR PUSTAKA ... 62

(10)

DAFTAR GAMBAR

1. Gambar 2.1 Medan Listrik di Antara Dua Elektroda ... 7

2. Gambar 2.2 Proses ionisasi ... 10

3. Gambar 2.3 Ionisasi karena radiasi sinar Kosmis ... 11

4. Gambar 2.4 Benturan ionisasi ... 12

5. Gambar 2.5 Ionisasi thermis ... 14

6. Gambar 2.6 Proses deionisasi ... 14

7. Gambar 2.7 Proses terjadinya emisi ... 15

8. Gambar 2.8 Elektron-elektron bebas di udara ... 16

9. Gambar 2.9 Banjiran elektron menyebabkan tembus listrik. ... 18

10.Gambar 2.10 Bentuk Molekul Nitrogen ... 19

11.Gambar 2.11 Proses produksi Nitrogen ... 23

12.Gambar 2.12 High Voltage Gas Pressure Cable ... 24

13.Gambar 2.13 Gas Nitrogen pada Main Tank Trafo ... 25

14.Gambar 2.14 Trafo type Hermetically sealed ... 26

15.Gambar 3.1 Wadah penampung gas Nitrogen ... 29

16.Gambar 3.2 Trafo uji ... 29

17.Gambar 3.3 Auto Transformator ... 30

18.Gambar 3.4 Voltmeter AC ... 31

19.Gambar 3.5 Pompa Vacuum ... 31

20.Gambar 3.6 Tahanan peredam ... 32

21.Gambar 3.7 Elektroda Bola-bola ... 33

22.Gambar 3.8 Wadah Pengukuran gas Nitrogen ... 33

(11)

24.Gambar 3.10 Diagram alir percobaan ... 36

25.Gambar 4.1 Grafik Nilai Kekuatan Dielektrik Rata-Rata Gas Nitrogen

Tekanan 1 Bar Setelah N kali tembus listrik. ... 40

Tekanan 2 Bar Setelah N kali tembus listrik ... 44

(12)

DAFTAR TABEL

1. Tabel 2.1 Bahan dielektrik gas. ... 8

2. Tabel 2.2Nilai faktor efisiensi Ƞ ... 21

3. Tabel 4.1Interpolasi mencari nilai efisiensi. ... 37

4. Tabel 4.2 Kekuatan dielektrik gas nitrogen tekanan 1 bar. ... 39

5. Tabel 4.3 Kekuatan dielektrik gas nitrogen tekanan 2 bar ... 43