efek polaritas dan fenomena stres tegangan sebelum

Efek Polaritas dan Fenomena Stres
Tegangan Sebelum Kegagalan Isolasi
pada Sela Udara Jarum-Plat
LUQMAN KUMARA
2205 100 129
™ Dosen Pembimbing :
• Dr.Eng I Made Yulistya Negara, ST,M.Sc
• IG Ngurah Satriyadi H, ST,MT
1
Latar Belakang
• Tingginya tingkat kerusakan isolasi
• Kebutuhan bahan isolasi yang baik.
• Pengujian tegangan tinggi
2
Permasalahan
™
Karakteristik korona pada sela udara
™ Karakteristik tegangan tembus pada sela
udara
™ Karakteristik kegagalan isolasi udara
berdasarkan polaritas dan stres
tegangan.
3
Batasan Masalah
• Elektroda Jarum-Plat
• Peristiwa Korona di sekitar Elektroda
Jarum
• Tegangan Tembus (Streamer Breakdown)
secara kontinu disekitar elektroda jarum
4
Tujuan
• Studi awal mengenai fenomena korona
• Mengetahui pengaruh konfigurasi
elektroda jarum-plat terhadap karakteristik
korona dan karakteristik tegangan tembus
isolasi udara
5
Fenomena Korona
Korona merupakan proses dimana arus
mungkin diteruskan. Muncul dari sebuah
elektroda berpotensial tinggi di dalam
sebuah fluida yang netral, biasanya udara,
dengan mengionisasi fluida hingga
menciptakan plasma di sekitar elektroda
6
Mekanisme lucutan Korona
7
Corona Inception Voltage
• Corona Inception Voltage atau tegangan
awal
korona
didefinisikan
sebagai
tegangan yang terukur saat terjadi lucutan
pertama kali waktu pengujian dilakukan.
• Definisi
ini
sebagai
acuan
untuk
mendapatkan nilai inception voltage
secara langsung.
8
Streamer Brakdown Voltage
• Nilai Tegangan Tembus atau Streamer
Breakdown Voltage adalah nilai tegangan
saat telah terjadi percikan secara kontinyu.
• Definisi ini sebagai acuan untuk
mendapatkan nilai Streamer Breakdown
Voltage secara langsung.
9
Pengujian
Dua (2) Jenis Pengujian dalam Tegangan
Tinggi :
• Pengujian Merusak (Destructive test)
• Pengujian Tidak Merusak (non-Destructive
test)
10
Pengukuran Tegangan Tinggi
Pengukuran
Tegangan Tinggi AC
Pengukuran
Tegangan Tinggi DC
11
Peralatan Pembangkit Tegangan
1
3
2
Keterangan :
1. Peralatan
Pengukuran
Tegangan
DC
2. Peralatan
Pengukuran
Tegangan
AC
3. Control Box
Laboratorium Tegangan Tinggi Elektro FTI-ITS
12
Peralatan Pengujian
13
Pengujian Langsung
Peristiwa Korona pada Ujung Jarum
Peristiwa Tegangan Tembus
14
Video Pengujian AC
Elektroda Rod 5mm, Jarak Sela 4 cm
15
Video Pengujian DC Positif
Elektroda Jarum 0.4 cm , Jarak Sela 3 cm
16
Video Pengujian DC Negatif
Elektroda Rod 5mm, Jarak Sela 3 cm
17
Hasil Pengujian Langsung (1)
Rata-Rata Nilai dan Grafik Inception Voltage Korona Pada Isolasi Udara
Tegangan AC
No
Sela (cm)
1
Inception Voltage Korona (kV)
0.2mm
0.4mm
0.6mm
Rod 50 mm
2
12.6
14.4
16.4
17.2
2
3
14.8
16.4
17.4
18.2
3
4
16.2
18.6
18.8
20
18
lanjutan
Rata-Rata Nilai dan Grafik Inception Voltage Korona Pada Isolasi Udara Tegangan
DC Positif
Inception Voltage Korona (kV)
No
Sela (cm)
0.2mm
0.4mm
0.6mm
Rod 50 mm
1
2
18
20
26
36
2
3
32
36
42
48
3
4
34
40
44
52
19
lanjutan
Rata-Rata Nilai dan Grafik Inception Voltage Korona Pada Isolasi Udara Tegangan
DC Negatif
No
Sela (cm)
1
Inception Voltage Korona (kV)
0.2mm
0.4mm
0.6mm
Rod 50 mm
2
41.6
47
49.6
55.8
2
3
52.6
56.4
58.6
62.8
3
4
65
68.6
73.8
81
20
Hasil Pengujian Langsung (2)
Rata-Rata Nilai dan Grafik Streamer Breakdown Korona Pada Isolasi Udara
Tegangan AC
No
Sela (cm)
1
Streamer breakdown (kV)
0.2mm
0.4mm
0.6mm
Rod 50 mm
2
15
17.2
19
20
2
3
17.2
18.6
20
21.2
3
4
19.2
20.8
21.6
22.4
21
lanjutan
Rata-Rata Nilai dan Grafik Streamer Breakdown Korona Pada Isolasi Udara Tegangan
DC Positif
Streamer breakdown (kV)
No
Sela (cm)
0.2mm
0.4mm
0.6mm
Rod 50 mm
1
2
20
22
31
40
2
3
34
40
46
52
3
4
36
46
44
56
22
lanjutan
Rata-Rata Nilai dan Grafik Streamer Breakdown Korona Pada Isolasi Udara Tegangan
DC Negatif
Streamer breakdown (kV)
No
Sela (cm)
0.2mm
0.4mm
0.6mm
Rod 50 mm
1
2
43.4
50.4
51.2
58.2
2
3
53.6
57.4
59.6
65.4
3
4
66
70.4
75
82.8
23
Efek Polaritas dan Stress Tegangan
Sebelum Kegagalan Isolasi
Grafik Perbandingan Inception Voltage Korona
Elektroda 0.2 mm dengan Sumber Tegangan Berbeda
Grafik Perbandingan Inception Voltage Korona
Elektroda 0.4 mm dengan Sumber Tegangan Berbeda
Grafik Perbandingan Inception Voltage Korona
Elektroda 0.6 mm dengan Sumber Tegangan Berbeda
24
Grafik Perbandingan Inception Voltage Korona
Elektroda Rod dengan Sumber Tegangan Berbeda
lanjutan
Grafik Perbandingan nilai Tegangan Tembus
Elektroda 0.2 mm dengan Sumber Tegangan berbeda
Grafik Perbandingan nilai Tegangan Tembus
Elektroda 0.6 mm dengan Sumber Tegangan berbeda
Grafik Perbandingan nilai Tegangan Tembus
Elektroda 0.4 mm dengan Sumber Tegangan berbeda
Grafik Perbandingan nilai Tegangan Tembus
25
Elektroda Rod dengan Sumber Tegangan berbeda
Kesimpulan
1. Semakin besar ujung permukaan elektroda (tip) menghasilkan nilai
Inception Voltage Korona dan nilai tegangan tembus semakin besar
karena semakin tebal media kerapatan udara sebagai media isolasinya.
2. Nilai Inception Voltage Corona dan tegangan tembus untuk tegangan
DC negatif lebih besar daripada nilai Inception Voltage Corona dan
tegangan tembus tegangan AC dan DC Positif karena pengaruh kuat
medan listrik disekitar elektroda jarum dan kuat medan listrik disekitar
elektroda plat.
3. Karakteristik kestabilan korona dipengaruhi oleh besarnya permukaan
elektroda uji. Dengan semakin besar permukaan elektroda maka
semakin tidak efektif kestabilan korona. Disebabkan karena semakin
besarnya muatan ruang sehingga menghambat terjadinya korona.
26
Terima Kasih
27
28
Mekanisme Kegagalan Streamer
• Mekanisme streamer menjelaskan mengenai
pengembangan pelepasan percikan langsung dari
banjiran tunggal di mana muatan ruang (space charge)
yang terjadi karena banjiran itu sendiri mengubah
banjiran tersebut menjadi streamer plasma. Sesudah itu
kehantaran naik dengan cepat, dan kegagalan terjadi
dalam alur banjiran ini.
• Ada dua jenis streamer, yaitu :
Positif, atau streamer yang mengarah ke katoda.
Negatif, atau streamer yang menuju anoda.
29
• Pada gambar kiri terlihat mekanisme
Townsend, di mana kegagalan terjadi
karena banjiran yang berturut-turut.
• Pada gambar kanan terlihat mekanisme
streamer yang mulai dari satu banjiran (i),
30
yang mana berubah karena muatan
ruangnya sendiri menjadi saluran plasma
Trafo Uji
• trafo satu fasa yang mempunyai
perbandingan belitan yang jauh lebih
besar dari trafo daya. Trafo uji tidak
dirancang untuk pemakaian kontinu,
karena hanya digunakan hanya saat-saat
pengujian berlangsung dalam waktu
singkat.
31
Konstruksi Trafo Uji
• (1) Belitan tegangan tinggi, (2) Belitan
tegangan rendah, (3) Inti Besi (4) Dasar,
(5) Terminal tegangan tinggi, (6) Isolasi,
(7) Tanki Metal , (8) Dinding Penyekat
32
Transformator ini mempunyai ciri-ciri
sebagai berikut
1. Perbandingan Jumlah lilitannya (turn ratio N) lebih besar daripada
perbandingan pada transformator tenaga, dikarenakan transformator
penguji yang dipasang pada laboratorium diterapkan pada tegangan
distribusi (127-220 volt), sedangkan tegangan output yang harus
dihasilkan adalah tegangan uji beberapa ratus ribu volt.
2. Kapasitas kVA nya kecil dibandingkan dengan kapasitas trafo tenaga
oleh karena untuk keperluan mengadakan lompatan api tidak diperlukan
tenaga yang besar. Yang diperlukan hanyalah tegangan bukan tenaga.
3. Biasanya satu ujung lilitannya (terminal) ditanam dalam tanah
(grounded) untuk keperluan pengamanan dan keamanan.
4. Pada waktu merencanakan isolasi untuk transformator penguji hanya
diperhitungkan isolasi terhadap tegangan pengujian maksimum, oleh
karena tidak diharapkan bahwa trafo tersebut mengalami tegangan lebih
Pada Laboratorium tegangan tinggi teknik elektro ITS, tafo uji yang
digunakan memiliki kapasitas 100kV DC.
33