UJI TEGANGANTEMBUS UDARA PADA TEKANAN DAN TEMPERATUR YANG BERVARIASI MENGGUNAKAN ELEKTRODA BOLA
Arif Wibowo 1, Abdul Syakur, ST.MT. 2, Ir. Agung Nugroho 3
Teknik Elektro Universitas Diponegoro
Semarang
ABSTRAK
Isolasi adalah salah satu bentuk peralatan tegangan tinggi yang berfungsi memisahkan dua atau lebih penghantar listrik yang bertegangan, sehingga antara penghantar tidak terjadi lompatan api atau percikan api. Secara umum isolasi dibagi menjadi 3 (tiga) macam yaitu isolasi padat, cair dan gas. Kemampuan isolasi dalam menahan tegangan mempunyai batas-batas tertentu sesuai dengan material penyusun dan lingkungan sekitarnya. Apabila tegangan yang diterapkan melebihi kuat medan isolasi maka akan terjadi tembus atau breakdown yang menyebabkan terjadinya aliran arus antara peralatan tegangan tinggi.
Kekuatan isolasi gas dipengaruhi beberapa hal antara lain temperatur, kelembaban, angin, tingkat kontaminasi udara dan tegangan yang diterapkan. Adanya kenaikan temperatur, kontaminasi udara dari bahan organik atau anorganik akan mempengaruhi kekuatan isolasi dalam mencegah terjadinya tembus antar dua peralatan tegangan tinggi yang diisolasi. Pemodelan peralatan tegangan tinggi dengan elektroda bola homogen dimaksudkan untuk mengetahui tegangan tembus udara antara keduanya jika terjadi perubahan terhadap lingkungan sekitar berupa ionisasi thermis dan tekanan udara melalui pengujian di laboratorium tegangan tinggi. Penerapan peralatan tegangan tinggi yang menggunakan elektroda homogen untuk melindungi isolator dari tegangan lebih eksternal yang disebabkan oleh petir atau tegangan lebih internal yang disebabkan oleh switching surge.
Teknik analisis data menggunakan cara analisis data kualitatif interpretatif dan analisis statistik secara elementer, yang digunakan sejak awal penelitian dimulai, diantaranya dalam memilih obyek, sample, mengklasifikasikan simbol hingga kesimpulan akhir penelitian. Analisis data secara statistik digunakan untuk memperkirakan kemungkinan tembus yang terjadi.
I. PENDAHULUAN
Latar Belakang
Udara termasuk isolasi jenis gas yang banyak digunakan untuk mengisolasi peralatan listrik tegangan tinggi. Penerapan peralatan tegangan tinggi yang menggunakan elektroda homogen untuk melindungi isolator dari tegangan lebih eksternal yang disebabkan oleh petir atau tegangan lebih internal yang disebabkan oleh switching surge. Isolasi antar elektroda menggunakan isolasi gas berupa udara yang kenyataannya akan mengalami perubahan karena iklim seperti panas matahari, hujan, kontaminasi asap dari hasil pembakaran yang berasal dari kendaraan bermotor, rumah tangga, industri, rokok, sampah.
Untuk mengetahui besarnya tegangan tembus udara antara medan yang seragam dengan variasi tekanan dan temperatur maka dilakukan pemodelan berupa elektroda bola dengan material elektroda bola terbuat dari alumunium.
Tujuan
Tujuan penulisan adalah untuk mengamati karakteristik dan menganalisa perubahan tegangan tembus pada isolasi gas berupa udara yang disebabkan oleh kenaikan tekanan dan temperatur yang bervariasi dalam medan homogen menggunakan elektroda bola.
Pembatasan Masalah
Pembatasan tugas akhir ini sebagai berikut :
1. Penempatan elektroda adalah horizontal dan tegak lurus atau 90 o dengan lampu pijar dalam ruang uji.
2. Jarak sela antara elektroda jarum 10 mm dan besarnya tetap untuk berbagai keadaan pengujian.
3. Variasi tekanan udara berada dikisaran 760 mmHg, tekanan dalam ruang uji diatur dengan cara memompakan udara ke dalam ruang uji antara 0 – 22 mmH2O dengan
suhu ruang konstan 300.
4. Variasi temperatur dalam ruang uji diatur dengan menggunakan lampu pijar Philips dengan daya yang bervariasi antara 25 – 100 W tanpa tambahan tekanan udara.
5. Isolasi gas yang digunakan adalah udara.
6. Komposisi udara normal adalah 78 % nitrogen, 21 % oksigen dan 1 % uap air, karbondioksida, dan gas-gas lainnya.
II. DASAR TEORI Proses Dasar Ionisasi
Inonisasi adalah proses munculnya ion disekitar elektroda karena meningkatnya tegangan yang diterapkan. Tegangan yang menyebabkan elektron keluar untuk pertama kalinya disebut tegangan insepsi. 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. Pembangkitan ion antara lain dengan cara benturan (collision) elektron, ionisasi thermal, fotoionisasi dan pelepasan (detachment) elektron.
2.2 Proses De-Ionisasi
Proses de-ionisasi adalah kebalikan dari proses ionisasi. Proses ini terdiri dari kehilangan elektron dengan cara rekombinasi, penggabungan (attachment) elektron dan difusi. 2.3 Proses Dasar Kegagalan Gas
Proses dasar ada dua jenis yaitu :
a. Proses atau mekanisme primer, yang memungkinkan terjadinya banjiran (avalanche) elektron.
b. Proses atau mekanisme sekunder, yang memungkinkan terjadinya peningkatan banjiran elektron.
Proses terpenting dalam mekanisme primer adalah proses katoda, yaitu salah satu elektroda melepaskan elektron yang mengawali terjadinya kegagalan percikan. Fungsi kerja elektroda ada 2 (dua) yaitu elektroda dengan potensial tinggi (anoda) dan elektroda dengan potensial yang lebih rendah (katoda). Fungsi elektroda pelepas elektron adalah menyediakan elektron awal yang harus dilepaskan, mempertahankan pelepasan dan menyelesaikan pelepasan.
1. Mahasiswa teknik elektro 2. Pembimbing 1 3. Pembimbing 2
2.3.1 Mekanisme Kegagalan Townsend
Pada mekanisme primer, medan listrik yang ada di antara elektroda akan menyebabkan elektron yang dibebaskan bergerak cepat, sehingga timbul energi yang cukup kuat untuk menimbulkan banjiran elektron. Jumlah elektron ne yang
terdapat dalam banjiran elektron pada lintasan sejauh dx akan bertambah dengan dne elektron. Persamaan ambang dapat
ditulis sebagai berikut :
Vs = h (pd) ... (2.1)
Hubungan ini dikenal dengan hukum Paschen. 2.3.2 Mekanisme Kegagalan Streamer
Mekanisme Streamer (Raether, Loeb dan Meek) menjelaskan pengembangan pelepasan percikan langsung dari banjiran tunggal dimana muatan ruang yang terjadi karena banjiran itu sendiri mengubah banjiran tersebut menjadi streamer plasma. Sesudah itu daya hantar naik dengan cepat dan kegagalan terjadi dalam alur banjiran ini.
Ciri utama teori kegagalan streamer, disamping proses ionisasi benturan (
) Townsend, adalah postulasi sejumlah besar fotoionisasi molekul gas dalam ruang di depan streamer dan pembesaran medan listrik setempat oleh muatan ruang ion pada ujung streamer. Muatan ruangan ini menimbulkan distorsi medan dalam sela. Ion-ion positif dapat dianggap stationer dibandingkan dengan elektron-elektron yang bergerak lebih cepat, dan banjiran terjadi pada sela dalam bentuk awan elektron yang membelakangi muatan ruang ion positif. Streamer dibedakan menjadi 2 (dua) jenis yaitu : a. Positif, atau streamer yang mengarah ke katoda. b. Negatif, atau streamer yang menuju ke anoda.Teori tentang streamer positif menjelaskan bahwa pada waktu banjiran telah menyeberangi sela, elektron-elektron tersedot ke dalam anoda, ion-ion tinggal dalam sela membentuk kerucut. Medan muatan ruang yang tinggi terjadi dekat anoda tetapi di tempat lain dengan kerapatan ion rendah, dan karena itu kehadiran ion-ion positif saja tidak akan menimbulkan kegagalan dalam sela. Namun, akan timbul fotoelektron-fotoelektron dalam gas yang mengelilingi banjiran yang disebabkan oleh pancaran foton-foton gas yang terionisasi pada tangkai (stem) banjiran. Elektron-elektron ini mengawali timbulnya banjiran bantu (auxiliary), yang jika medan muatan ruang yang terjadi karena banjiran utama kira-kira sama besarnya dengan medan luar, akan mengarah kepada tangkai banjiran utama. Pelipat gandaan terbesar dalam banjiran bantu ini terjadi sepanjang sumbu banjiran utama di mana medan muatan ruang menunjang medan luar. Ion-ion positif yang tertinggal di belakang banjiran akan memanjang dan mengintensitas muatan ruang banjiran utama kearah katoda, dan proses ini berkembang menjadi streamer atau kanal yang merambat sendiri, artinya tindakan ini membentuk plasma penghantar yang memperdekat jarak antara katoda dan anoda. Sesudah itu streamer terus memanjang sehingga merentangi sela membentuk saluran penghantar berupa gas terionisasi antara elektroda.
2.3.3 Kegagalan Dalam Medan Seragam
Karakteristik tegangan gagal pada medan seragam menurut hukum Paschen adalah sebagai fungsi dari panjang sela dan rapat gas relatif.
Tegangan tembus pada medan seragam pada tekanan kurang dari sama dengan tekanan atmosfir mengikuti secara ketat mekanisme Townsend. Pada tekanan di atas tekanan atmosfir, berlaku mekanisme streamer. Pembentukan tembus menurut Townsend adalah jika diantara dua elektroda terdapat satu elektron saja di dekat katoda dengan kuat medan yang cukup besar maka elektron tersebut akan mampu menghasilkan ionisasi tubrukan dalam perjalanannya ke anoda. Tabrakan pertama akan menghasilkan satu elektron
yang juga akan manabrak molekul dan akan menghasilkan elektron. Penambah jumlah elektron dalam alirannya menuju anoda disebut avalanche. Gerakan elektron yang meninggalkan ion mempunyai kecepatan yang lebih lambat dan akan menuju anoda. Jumlah dari ion positif yang terbentuk di antara dua elektroda adalah sebagai akibat dari lepasnya elektron dari katoda.
2.4 Udara
Udara adalah salah satu bentuk gas di alam yang secara umum terdiri dari 78 % nitrogen, 21 % oksigen dan 1 % uap air, karbondioksida, dan gas-gas lainnya.
Udara ideal adalah gas yang hanya terdiri dari molekul-molekul netral, sehingga tidak dapat mengalirkan arus listrik.
T . R . m V . p ... (2.2) Dimana : p = tekanan absolut (N /m2) V = volume ruang (m3) T = suhu absolut (oK) R = konstanta gas spesifik
udara 287 J/(kg.oK)
2.5 Faktor Koreksi Keadaan Udara
Untuk mengkoreksi hasil pengujian terhadap tekanan dan suhu dipakai rumus sebagai berikut :
Vs = d B V ... (2.3) d = B t 273 B b 0,386 B t 273 20 273 x 760 B b ... (2.4) Dimana :
Vs = tegangan lompatan pada keadaan standar (kV)
VB = tegangan lompatan yang diukur pada keadaan
sebenarnya (kV)
d = kepadatan udara relatif (relative air density) bB = tekanan udara pada waktu pengujian (mm Hg)
tB = suhu keliling pada waktu pengujian (oC)
Hal ini karena, pengujian tidak dilakukan pada temperatur dan tekanan standar. Sebagai koreksi terhadap kelembaban udara mutlak dipakai rumus empiris sebagai berikut :
Vs = VB . kH ... (2.5)
Dimana :
KH = faktor koreksi
Apabila persamaan (2.3) dan (2.5) digabungkan, maka didapat rumus koreksi untuk mendapatkan keadaan atmosfer standar :
Vs = VB
d kH
... (2.6) Oleh karena sifatnya yang empiris, maka faktor koreksi kH tidak dapat dianggap tepat dan tidak selalu dapat
dipakai. Oleh sebab itu, hanya persamaan (2.3) yang dipergunakan, dengan keterangan tambahan harga kelembaban udara pada waktu pengujian dilakukan.
2.6 Kelembaban
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 = s p -t p s p 0,622 ... (2.7) Dimana :
ω = rasio kelembaban (kg uap air /kg udara kering) pt = tekanan atmosfer (kPa)
Ps = tekanan parsial uap air dalam keadaan jenuh (kPa)
Kelembaban relatif ( ) diperoleh dari pengukuran langsung dengan hygrometer.
2.7 Tekanan
Pengukuran tekanan pengujian menggunakan manometer air pipa U. Prinsip kerja manometer berdasarkan tekanan hidrostatis yang disebabkan oleh fluida diam.
Gambar 2.1 Manometer H2O pipa U
pA = po + p . g . h ... (2.8)
Dimana :
p
= massa jenis air = 1000 kg /m3 po = tekanan udara luar (N /m2)pA = tekanan absolut yang diukur (N /m2) g = gravitasi, (9,8 m /detik2)
2.8 Standarisasi Untuk Isolasi Udara
Di Indonesia dan Eropa, frekuensi yang digunakan adalah 50 Hertz. Sejumlah standar baku (IEC-Publication 52 tahun 1960) telah menyatakan jarak bebas yang minimum serta nilai tegangan tembus pada kondisi baku (b = 1013 mbar, t = 20 o C) untuk berbagai diameter bola D sebagai fungai besar bola s adalah :
Udo = f (D,s) ... (2.9)
Kelembaban udara tidak mempengaruhi tegangan tembus dari sela bola, tetapi nilainya perlu dicantumkan saat pengukuran. Standarisasi uji kegagalan dalam gas hanya untuk benda uji dengan elektroda bola oleh karena perbandingannya didasarkan pada besarnya tegangan tembus.
III. SPESIFIKASI PERALATAN DAN METODOLOGI PENGUJIAN 3.1 Peralatan Dan Bahan
Peralatan yang digunakan meliputi unit pembangkit tegangan tinggi bolak-balik, elektroda bola, thermometer, box uji, heater yang berupa lampu 25, 60, 75 dan 100 watt, tegangan rendah bolak balik 220 VF-N frekuensi 50 Hz,
manometer air dan pompa udara. 3.1.1 Ruang Uji
Ruang uji dari bahan plastik acrylic yang tahan terhadap temperatur sampai 180 oR. Box uji mempunyai dimensi luar yaitu panjang 180 mm, lebar 100 mm dan tinggi 260 mm. Volume ruang uji adalah 4680 cm3 atau sama dengan 0,004680 m3. Box uji digunakan untuk meletakkan elektroda bola, heater dan sebagai boundary gas serta panas yang dimasukkan dalam sistem saat pengujian tegangan tembus. 3.1.2 Elektroda Bola
Elektroda bola yang digunakan untuk pengukuran tegangan tembus dielektrik udara dibuat dengan menggunakan bahan alumunium dengan diameter 50 mm dan panjang 70 mm. Jarak elektroda akan mempengaruhi tegangan tembus yang diterapkan pada isolasi udara. Jarak elektroda pada pengujian adalah 10 mm. Jarak yang pendek digunakan untuk
mengurangi penggunaan isolasi dan faktor keamanan dari peralatan serta lingkungan sekitar laboratorium uji tegangan tinggi.
Gambar 3.1 Elektroda bola 3.1.3 Temperatur Pengujian
Temperatur pengujian didasarkan pada data temperatur rata-rata harian di Indonesia oleh stasiun Geofisika Bandung. Temperatur pengujian diatur berdasarkan data diatas, mulai dari 30 oC sampai dengan 52 oC pada kondisi kering dengan cara menyalakan lampu hingga temperatur udara dalam box uji sesuai dengan yang diharapkan.
3.1.4 Massa Udara
Massa udara yang dimasukkan dalam box uji ditentukan dengan melihat beda tekanan ruang uji. Gas udara yang ditambahkan bervariasi dengan tekanan 2 – 22 mm H2O.
3.1.5 Pengukur Tekanan
Prinsip pengukurannya dengan mengukur beda ketinggian sebelum dan sesudah gas dimasukkan dalam ruang uji dengan bantuan fluida pengukur berupa air (H2O) dengan
massa jenis (
) 1000 kg /m3.3.2 Pengesetan Peralatan Dan Perencanaan Pengujian Sebelum pengujian peralatan perlu diperiksa untuk memastikan rangkaian terpasang dengan benar. Perencanaan untuk mempermudah dan mengurutkan proses pengujian agar waktu pelaksanaan pengujian menjadi lebih cepat.
IV. DATA DAN ANALISA
Proses pengambilan data dilakukan di laboratorium tegangan tinggi dengan beberapa kondisi pengujian untuk mengetahui karakteristik masing-masing keadaan pengujian.
Hasil pengujian.
Pengujian isolasi udara menggunakan lampu 25W Philips, 0,25 Klux.
Tabel 4.1 Data pengujian isolasi udara menggunakan lampu 25 W Philips.
No sela (mm)
Tegangan puncak / 2 (kV) Udara normal, tekanan 991mbar, kelembaban 50% 1 menit 300 C 10 menit 320 C 20 menit 330 C 30 menit 340 C 45 menit 350 C 60 menit 360 C 1 10 21,55 21,9 21,98 21,6 22,1 22,21 2 10 21,89 22,07 21,27 21,35 21,72 21,72 3 10 21,94 22,18 21,25 22,23 21,78 21,55 4 10 22,29 22,13 21,87 21,34 21,93 21,87 5 10 22,21 21,78 22,87 22,15 21,38 21,70 6 10 22,30 21,93 22,13 22,25 21,93 21,70 Mean 22,03 21,99 21,89 21,82 21,80 21,79 Standar deviasi 0,2935 0,1532 0,6033 0,4385 0,2476 0,2286 H2O pA po h Akhir h Awal Udara luar
Pengujian isolasi udara menggunakan lampu 60 W Philips, 0,80 Klux.
Tabel 4.2 Data pengujian isolasi udara menggunakan lampu 60 W Philips pada waktu 1- 60 menit.
4.1.3 Pengujian isolasi udara menggunakan lampu 75W Philips, 1,0 Klux.
Tabel 4.3 Data pengujian isolasi udara menggunakan lampu 75 W Philips pada waktu 1- 60 menit.
No sela (mm)
Tegangan puncak / 2 (kV) Udara normal, tekanan 991mbar, kelembaban 50% 1 menit 300 C 10 menit 370 C 20 menit 400 C 30 menit 450 C 45 menit 470 C 60 menit 500 C 1 10 20,83 20,44 20,31 20,27 20,15 20,44 2 10 20,81 20,61 20,41 20,16 20,29 20,55 3 10 20,32 20,28 20,25 20,25 20,19 20,04 4 10 20,38 20,23 19,87 20,19 20,22 20,04 5 10 20,25 20,38 20,27 20,26 20,25 20,12 6 10 20,27 20,23 20,33 20,25 20,22 20,05 Mean 20,47 20,36 20,24 20,23 20,22 20,20 Standar deviasi 0,2697 0,1479 0,1896 0,0442 0,0481 0,2280
4.1.4 Pengujian isolasi udara menggunakan lampu 100W Philips, 1,4 Klux.
Tabel 4.4 Data pengujian isolasi udara menggunakan lampu 100 W Philips pada waktu 1- 60 menit.
No sela (mm)
Tegangan puncak / 2 (kV) Udara normal, tekanan 991mbar, kelembaban 50% 1 menit 330 C 10 menit 370 C 20 menit 400 C 30 menit 460 C 45 menit 500 C 60 menit 520 C 1 10 20,55 20,9 20,68 20,22 22,1 22,21 2 10 20,09 20,07 20,27 20,55 19,72 19,72 3 10 20,04 20,18 20,15 20,13 19,78 19,55 4 10 20,29 20,13 20,17 19,84 19,93 19,87 5 10 20,21 20,18 19,87 20,15 19,38 19,7 6 10 20,3 19,93 20,13 20,1 19,93 19,7 Mean 20,24 20,23 20,21 20,16 20,14 20,12 Standar deviasi 0,1818 0,3404 0,2652 0,2291 0,2476 0,1015
4.1.5 Pengujian isolasi udara dengan tekanan udara 2, 6, 10, 14, 18, 22 mmH2O.
Tabel 4.5 Pengujian isolasi udara dengan tekanan udara 2, 6, 10, 14, 18, 22 mmH2O pada temperatur 300 C. No sela (mm ) Tegangan puncak / 2 (kV) Udara normal, , kelembaban 61% 2 mmH2O 6 mmH2O 10 mmH2O 14 mmH2O 18 mmH2O 22 mmH2O 1 10 21,58 22,01 22,61 23,27 24,08 24,53 2 10 21,29 21,61 22,64 23,27 23,50 24,30 3 10 21,72 21,84 22,33 23,30 23,24 24,76 4 10 21,61 21,29 22,04 22,96 23,30 24,30 5 10 21,44 21,72 21,93 23,19 23,73 24,30 6 10 21,29 21,81 22,15 22,90 23,44 24,33 Mean 21,48 21,71 22,28 23,14 23,54 24,42 Standar deviasi 0,1776 0,2463 0,2959 0,1740 0,3119 0,1892
Kemudian data diatas diolah sehingga dapat diperoleh nilai perhitungan yang diinginkan.
4.2 Data perhitungan tegangan tembus yang telah dikoreksi terhadap tekanan dan temperatur
Kondisi pengujian Temperatur (oC) Kepadatan udara relatif (d) VB (kV) Vs (kV) Rasio kelembaban (kg uap air /kg udara kering) Tanpa tambahan tekanan lampu 25W Philips, 0,25 Klux 30 0,94682 22,03 23,268282 0,027813008 32 0,94682 21,99 23,2260295 33 0,94682 21,89 23.1204086 34 0,94682 21,82 23.046474 35 0,94682 21,80 23.0253499 0,037407507 36 0,94682 21,79 23.0147878 lampu 60W Philips, 0,80 Klux 30 0,94682 21,40 22.60286 0,027813008 36 0,94682 21,38 22.581742 38 0,94682 21,16 22.349376 43 0,94682 20,88 22.053637 45 0,94682 20,82 21.990265 46 0,94682 20,82 21.990265 lampu 75W Philips, 1,0 Klux 30 0,94682 20,47 21.620586 0,027813008 37 0,94682 20,36 21.504409 40 0,94682 20,24 21.377664 0,050018983 45 0,94682 20,23 21.367102 0,066674496 47 0,94682 20,22 21.356540 50 0,94682 20,20 21.335415 0,088564985 lampu 100W Philips, 1,4 Klux 33 0,94682 20,24 21.377664 37 0,94682 20,23 21.367102 40 0,94682 20,21 21.345978 0,050018983 46 0,94682 20,16 21.293167 50 0,94682 20,14 21.272043 0,088564985 52 0,94682 20,12 21.250919 Tekanan tambahan (2 mm H2O) 30 0,947018387 21,48 22.681713 0,027813008 Tekanan tambahan (6mm H2O) 30 0,947392922 21,71 22.91551, 0,027813008 Tekanan tambahan (10 mm H2O) 30 0,947767584 22,28 23.50787, 0,027813008 Tekanan tambahan (14 mm H2O) 30 0,948142207 23,14 24.40562 0,027813008 Tekanan tambahan (18 mm H2O) 30 0,948516780 23,54 24.81769 0,027813008 Tekanan tambahan (22 mm H2O) 30 0,948891379 24,42 25.73529 0,027813008 No sela (mm) Tegangan puncak / 2 (kV) Udara normal, tekanan 991mbar, kelembaban 50% 1 menit 300 C 10 menit 360 C 20 menit 380 C 30 menit 430 C 45 menit 450 C 60 menit 460 C 1 10 21,36 21,18 21,69 20,46 20,55 20,57 2 10 21,36 21,81 21,15 20,84 20,69 20,97 3 10 21,41 21,43 21,87 21,12 20,75 20,72 4 10 21,55 21,55 20,92 20,92 20,75 20,8 5 10 21,26 21,21 20,61 21,09 21,16 21,09 6 10 21,47 21,15 20,75 20,89 21,03 20,79 Mean 21,40 21,38 21,16 20,88 20,82 20,82 Standar deviasi 0,1002 0,2598 0,5124 0,2371 0,2277 0,1839
Faktor koreksi (d) digunakan untuk mendapatkan nilai tegangan tembus standar terhadap temperatur standar (20 oC) dan tekanan standar (760 mm Hg). Perumusan nilai kepadatan udara relatif sesuai dengan IEC 52 tahun 1960. Nilai kelembaban dicantumkan hanya sebagai informasi sesuai dengan pernyataan yang tertera sub bab 2.5.
Pengaruh temperatur terhadap tegangan tembus udara dapat digambarkan sebagai berikut.
Gambar 4.1 Grafik pengaruh temperatur terhadap tegangan tembus udara.
Massa total udara adalah massa udara awal ditambah massa udara yang dimasukkan dalam ruang uji. Massa udara awal dan massa udara total dapat diketahui melalui perhitungan. Laju aliran massa udara secara umum dapat digambarkan dalam diagram Sankey.
Gambar 4.2 Diagram Sankey laju aliran massa udara.
Semakin besar jumlah udara maka tegangan tembus juga akan semakin besar. Hal ini karena udara bersifat non konduktif. Secara grafik tekanan udara dengan tegangan tembus standar pada beberapa kondisi dapat digambarkan sebagai berikut.
Grafik 4.3 Pengujian isolasi udara dengan tekanan udara 2, 6, 10, 14, 18, 22 mmH2O.
Dari data diatas terlihat bahwa kenaikan tekanan udara tiap satuan massa akan mempengaruhi tegangan tembus sela bola. Semakin besar kenaikan tekanan udara maka makin
besar pula tegangan tembus pada sela udara. Besarnya kenaikan tekanan udara yang masuk belum tentu se-linier atau berbanding lurus dengan tegangan tembus. Hal ini karena tegangan tembus dipengaruhi faktor lain seperti kelembaban, tekanan, komposisi udara. Menurut (IEC 52 tahun 1960 kelembaban udara akan menyebabkan tegangan tembus semakin besar (The distruptive voltage of a sphere-gap
increases with increases humidity of the air).
Nilai Pengaruh Tekanan Udara Dan Temperatur Terhadap Tegangan Tembus
Kenaikan temperatur akan menyebabkan tegangan tembus sela bola dengan media udara menjadi semakin mudah. Sebaliknya, apabila jumlah massa udara yang berada dalam ruang uji dinaikkan maka akan terjadi perubahan besarnya nilai tegangan tembus, dengan kata lain tegangan tembus berbanding lurus dengan kenaikan tekanan tetapi berbanding terbalik dengan kenaikan temperatur. Peningkatan tekanan menunjukkan bahwa kadar udara yang berada dalam ruang uji semakin banyak.
Dari data yang telah ada dapat diketahui nilai perkiraan (estimate value) sebagai berikut.
a. Kondisi 1. Lampu 25 W Philips, 0,25 Klux tanpa tambahan tekanan.
1) Tegangan tembus akan turun sebesar 0,026544 kV setiap terjadi kenaikan temperatur 1 (satu) derajat celcius.
2) Kenaikan range temperatur antara 30 oC - 52 oC. b. Kondisi 2. Lampu 60 W Philips, 0,8 Klux tanpa tambahan
tekanan.
1) Tegangan tembus akan turun sebesar 0,0398 kV setiap terjadi kenaikan temperatur 1 (satu) derajat celcius.
2) Kenaikan range temperatur antara 30 oC - 52 oC c. Kondisi 3. Lampu 75 W Philips; 1,0 Klux tanpa tambahan
tekanan.
1) Tegangan tembus akan turun sebesar 0,013876 kV setiap terjadi kenaikan temperatur 1 (satu) derajat celcius.
2) Kenaikan range temperatur antara 30 oC - 52 oC. d. Kondisi 4. Lampu 100 W Philips; 1,4 Klux tanpa
tambahan tekanan.
1) Tegangan tembus akan turun sebesar 0,0085 kV setiap terjadi kenaikan temperatur 1 (satu) derajat celcius.
2) Kenaikan range temperatur antara 30 oC - 52 oC. e. Kondisi 5. Tanpa lampu dengan tekanan udara 22 – 2 mm
air.
1) Tegangan tembus akan turun sebesar 0,0294 kV setiap terjadi penurunan tekanan udara 1 (satu) mm air.
2) Temperatur konstan 30 oC.
Secara tabel kenaikan tegangan tembus untuk beberapa kondisi diatas sebagai berikut.
Tabel 4.4 Data nilai perkiraan penurunan tegangan tembus standar terhadap tekanan dan temperatur.
Kondisi pengujian Penurunan Tegangan tembus (kV)
1. Lampu 25W Philips, 0,25 Klux tanpa tambahan tekanan
0,0265
2. Lampu 60W Philips, 0,8 Klux tanpa tambahan tekanan
0,0398
3. Lampu 75W Philips; 1,0 Klux tanpa tambahan tekanan
0,0138
4. Lampu 100W Philips; 1,4 Klux tanpa tambahan tekanan
0,0085
5. Tanpa lampu dengan tekanan udara 22 – 2 mm air
0,0294
Dari tabel diatas terlihat jelas bahwa perubahan massa udara dalam volume tertentu akan mengakibatkan
Massa mula-mula udara campuran
Massa udara yang dimasukkan
Massa akhir udara campuran m1
mout
m2
TEGANGAN TEMBUS
GRAFIK TEGANGAN TEMBUS SAAT PENGUJIAN TERHADAP
TEKANAN PADA SUHU 300
C 22,25 22,75 23,25 21,75 2 6 10 14 18 22 26 (kilo Volt) TEKANAN ( mmH2O)
Tegangan tembus saat pengujian 23,75
21,25 24,25
TEGANGAN TEMBUS
GRAFIK PENGARUH TEMPERATURTERHADAP TEGANGAN TEMBUS
22,00 22,50
28 32 36 40 44 48 52 56 60
(kilo Volt)
TEMPERATUR (D ERAJAT CELCIUS)
20,00 20,50 21,00 21,50 Lampu 60 W (tekanan =0 mmH2O) Lampu 75 W (tekanan =0 mmH2O) Lampu 100 W (tekanan =0 mmH2O) Lampu 25 W (tekanan =0 mmH2O)
perubahan terhadap tegangan tembus elektroda yang berada dalam volume tersebut. Semakin besar massa udara yang dimasukkan maka diperlukan tegangan yang lebih tinggi untuk proses terjadinya tembus udara. Tabel dibuat berdasarkan nilai rata-rata. Hal ini dapat dilakukan jika data yang ada bersifat relatif homogen dan dapat dilihat dari nilai standar deviasi.
V PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Dari hasil pengukuran dan perhitungan tegangan tembus gas dengan dielektrik udara, maka dapat disimpulkan sebagai berikut :
1. Kenaikan temperatur dan tekanan sekitar elektroda mengakibatkan tegangan tembus udara semakin kecil karena elektron memperoleh energi panas, sehingga terjadinya proses ionisasi semakin cepat.
2. Tegangan tembus udara berbanding lurus dengan tekanan dan prosentase udara, akan tetapi berbanding terbalik dengan kenaikan temperatur. Hal ini karena udara sebagai gas elektronegatif memiliki sifat elektrik non konduktif. Tegangan tembus berbanding lurus dengan kelembaban udara (International Electrotechnical Commission Publication 52 tahun 1960 : 23).
3. Pada kondisi 1. Lampu 25W Philips, 0,25 Klux tanpa tambahan tekanan, tegangan tembus akan turun sebesar 0,026544 kV setiap terjadi kenaikan temperatur 1 (satu) derajat celcius.
4. Pada kondisi 2. Lampu 60W Philips, 0,8 Klux tanpa tambahan tekanan, tegangan tembus akan turun sebesar 0,0398 kV setiap terjadi kenaikan temperatur 1 (satu) derajat celcius.
5. Pada kondisi 3. Lampu 75W Philips; 1,0 Klux tanpa tambahan tekanan, tegangan tembus akan turun sebesar 0,013876 kV setiap terjadi kenaikan temperatur 1 (satu) derajat celcius.
6. Pada kondisi 4. Lampu 100W Philips; 1,4 Klux tanpa tambahan tekanan, tegangan tembus akan turun sebesar 0,0085 kV setiap terjadi kenaikan temperatur 1 (satu) derajat celcius.
7. Pada kondisi 5. tanpa lampu temperatur konstan 30 oC dengan tekanan udara 22 – 2 mm air, tegangan tembus akan turun sebesar 0,0294 kV setiap terjadi penurunan tekanan udara 1 (satu) mm air.
5.2 Saran
Saran yang dapat dikemukakan bagi para pembaca dan peminat dalam bidang isolasi gas yang berupa udara, dapat meneruskan penelitian ini dengan tegangan searah dan atau tegangan impuls.
DAFTAR PUSTAKA
1. Arismunandar, A, “ Teknik Tegangan Tinggi Suplemen “, Ghalia, 1982
2. ___________, “ Teknik Tegangan Tinggi “, PT. Pradnya Paramita, Jakarta, 2001
3. Hilton, Nils. “ High Voltage Laboratory Planning “, Emil Haefely and Cie AG, Bassel-Switzerland, 1986
4. Kind, Dieter, “ An Introduction ti High Voltage Experimental Technique “, Willev Eastern Limited 1993 5. __________, “ Pengantar Teknik Eksperimental
Tegangan Tinggi “ terjemahan K.T. Sirait, ITB, Bandung 1993
6. __________, “ High Voltage Insulation Technology “, Indian Institut of Technology, India 1993
7. Maller and Naidu, et al, “ High voltage Engeneering “, second edition, Tata McGraw-Hill Publishing Company Limited, New Delhi, 1995
8. Sirait “ Teknik Tegangan Tinggi “, ITB, 1986
9. Syakur, Abdul, “ Modul Praktikum Gejala Medan & Tegangan Tinggi “, Laboratorium Konversi Energi dan Sistem Tenaga Listrik Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik – UNDIP, Semarang, 2004
Arif Wibowo (L2F 303426) Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik universitas Diponegoro Semarang dengan pilihan Konsentrasi Tenaga Liatrik
Menyetujui, Dosen Pembimbing
Pembimbing I Pembimbing II
Abdul Syakur, ST.MT. Ir. Agung Nugroho NIP. 132 231 132 NIP. 131 668 508
