UJI TEGANGANTEMBUS UDARA PADA TEKANAN DAN

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.
5.
6.
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.
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.
1.
2.
3.
4.
1.
2.
3.
Isolasi gas yang digunakan adalah udara.
Komposisi udara normal adalah 78 % nitrogen, 21 %
oksigen dan 1 % uap air, karbondioksida, dan gas-gas
lainnya.
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.
Pembatasan Masalah
Pembatasan tugas akhir ini sebagai berikut :
Penempatan elektroda adalah horizontal dan tegak lurus
atau 90 o dengan lampu pijar dalam ruang uji.
Jarak sela antara elektroda jarum 10 mm dan besarnya
tetap untuk berbagai keadaan pengujian.
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.
Variasi temperatur dalam ruang uji diatur dengan
menggunakan lampu pijar Philips dengan daya yang
bervariasi antara 25 – 100 W tanpa tambahan tekanan
udara.
Mahasiswa teknik elektro
Pembimbing 1
Pembimbing 2
1
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 kirakira 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.
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 molekulmolekul netral, sehingga tidak dapat mengalirkan arus listrik.
p . V  m . R . T ............................................................... (2.2)
Dimana :
p = tekanan absolut (N /m2)
V = volume ruang (m3)
T = suhu absolut (oK)
R = konstanta gas spesifik
udara 287 J/(kg.o K)
2.5
Faktor Koreksi Keadaan Udara
Untuk mengkoreksi hasil pengujian terhadap tekanan
dan suhu dipakai rumus sebagai berikut :
V
Vs = B ........................................................................ (2.3)
d
b
273  20 0,386 b B
d = B x
................................... (2.4)

760 273  t B 273  t B
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 :
k
Vs = VB H .................................................................... (2.6)
d
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.
2.3.3 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
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.
ps
.......................................................... (2.7)
ω = 0,622
p t - ps
Dimana :
= rasio kelembaban (kg uap air /kg udara kering)
ω
pt
= tekanan atmosfer (kPa)
2
Ps
= tekanan parsial uap air dalam keadaan jenuh (kPa)
Kelembaban relatif (  ) diperoleh dari pengukuran
langsung dengan hygrometer.
mengurangi penggunaan isolasi dan faktor keamanan dari
peralatan serta lingkungan sekitar laboratorium uji tegangan
tinggi.
2.7
Tekanan
Pengukuran
tekanan
pengujian
menggunakan
manometer air pipa U. Prinsip kerja manometer berdasarkan
tekanan hidrostatis yang disebabkan oleh fluida diam.
pA
Udara luar
po
h Akhir
Gambar 3.1 Elektroda bola
h Awal
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.
H2O
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)
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.
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.
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.
III.
DATA DAN ANALISA
Proses pengambilan data dilakukan di laboratorium
tegangan tinggi dengan beberapa kondisi pengujian untuk
mengetahui karakteristik masing-masing keadaan pengujian.
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.
Hasil pengujian.
Pengujian isolasi udara menggunakan lampu 25W
Philips, 0,25 Klux.
Tabel 4.1 Data pengujian isolasi udara menggunakan lampu
25 W Philips.
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
No
sela
(mm)
1
10
Tegangan puncak / 2 (kV)
Udara normal, tekanan 991mbar, kelembaban 50%
1
10
20
30
45
60
menit
menit
menit
menit
menit
menit
300 C
320 C
330 C
340 C
350 C
360 C
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
22,03
0,2935
21,99
0,1532
21,89
0,6033
21,82
0,4385
21,80
0,2476
21,79
0,2286
Mean
Standar
deviasi
3
Pengujian isolasi udara menggunakan lampu 60 W
Philips, 0,80 Klux.
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
Tabel 4.2 Data pengujian isolasi udara menggunakan lampu 60 W Philips
pada waktu 1- 60 menit.
6
10
21,29
21,81
22,15
22,90
23,44
24,33
21,48
0,1776
21,71
0,2463
22,28
0,2959
23,14
0,1740
23,54
0,3119
24,42
0,1892
No
Mean
Standar
deviasi
Tegangan puncak / 2 (kV)
Udara normal, tekanan 991mbar, kelembaban 50%
sela
(mm)
1 menit
30 0 C
1
10
21,36
10
menit
360 C
21,18
20
menit
38 0 C
21,69
30
menit
430 C
20,46
45
menit
450 C
20,55
60
menit
460 C
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
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
Temperatur
Kepadatan
VB
Vs
Rasio
pengujian
( oC)
udara
(kV)
(kV)
kelembaban
relatif (d)
(kg uap air
/kg udara
kering)
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
10
20
30
45
60
30 0 C
menit
menit
menit
menit
menit
0
0
0
0
37 C
40 C
45 C
47 C
500 C
20,83
20,44
20,31
20,27
20,15
20,44
lampu
30
0,94682
22,03
23,268282
25W
32
0,94682
21,99
23,2260295
Philips,
33
0,94682
21,89
23.1204086
0,25
34
0,94682
21,82
23.046474
Klux
35
0,94682
21,80
23.0253499
36
0,94682
21,79
23.0147878
lampu
30
0,94682
21,40
22.60286
60W
36
0,94682
21,38
22.581742
Philips,
38
0,94682
21,16
22.349376
0,80
43
0,94682
20,88
22.053637
Klux
45
0,94682
20,82
21.990265
46
0,94682
20,82
21.990265
lampu
30
0,94682
20,47
21.620586
Tanpa
tambahan
0,027813008
0,037407507
0,027813008
0,027813008
1
10
2
10
20,81
20,61
20,41
20,16
20,29
20,55
75W
37
0,94682
20,36
21.504409
3
10
20,32
20,28
20,25
20,25
20,19
20,04
Philips,
40
0,94682
20,24
21.377664
0,050018983
4
10
20,38
20,23
19,87
20,19
20,22
20,04
1,0
45
0,94682
20,23
21.367102
0,066674496
5
10
20,25
20,38
20,27
20,26
20,25
20,12
Klux
47
0,94682
20,22
21.356540
6
10
20,27
20,23
20,33
20,25
20,22
20,05
20,47
0,2697
20,36
0,1479
20,24
0,1896
20,23
0,0442
20,22
0,0481
20,20
0,2280
Mean
Standar
deviasi
tekanan
4.1.4 Pengujian isolasi udara menggunakan lampu 100W
Philips, 1,4 Klux.
50
0,94682
20,20
21.335415
lampu
33
0,94682
20,24
21.377664
100W
37
0,94682
20,23
21.367102
Philips,
40
0,94682
20,21
21.345978
1,4
46
0,94682
20,16
21.293167
Klux
50
0,94682
20,14
21.272043
52
0,94682
20,12
21.250919
0,947018387
21,48
22.681713
0,947392922
21,71
22.91551,
0,947767584
22,28
23.50787,
0,027813008
0,948142207
23,14
24.40562
0,027813008
0,948516780
23,54
24.81769
0,027813008
0,948891379
24,42
25.73529
0,027813008
Tabel 4.4 Data pengujian isolasi udara menggunakan lampu 100 W Philips
pada waktu 1- 60 menit.
No
1 menit
33 0 C
1
10
20,55
10
menit
370 C
20,9
2
10
20,09
20,07
0,050018983
0,088564985
Tekanan
Tegangan puncak / 2 (kV)
Udara normal, tekanan 991mbar, kelembaban 50%
sela
(mm)
0,088564985
tambahan
20
menit
400 C
20,68
30
menit
460 C
20,22
45
menit
500 C
22,1
60
menit
520 C
22,21
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
30
(2 mm
0,027813008
H2O)
Tekanan
tambahan
30
0,027813008
(6mm H2O)
Tekanan
tambahan
30
(10 mm
20,3
19,93
20,13
20,1
19,93
19,7
H2O)
Mean
20,24
20,23
20,21
20,16
20,14
20,12
Tekanan
Standar
deviasi
0,1818
0,3404
0,2652
0,2291
0,2476
0,1015
tambahan
30
(14 mm
4.1.5 Pengujian isolasi udara dengan tekanan udara 2, 6,
10, 14, 18, 22 mmH2O.
H2O)
Tabel 4.5 Pengujian isolasi udara dengan tekanan udara 2, 6, 10, 14, 18, 22
mmH2 O pada temperatur 300 C.
tambahan
Tekanan
30
(18 mm
H2O)
No
sela
(mm
)
2
mmH2 O
Tegangan puncak / 2 (kV)
Udara normal, , kelembaban 61%
6
10
14
18
mmH2 O
mmH2 O
mmH2 O
mmH2 O
Tekanan
tambahan
22
mmH2 O
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
(22 mm
H2O)
4
30
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.
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).
GRAFIK PENGARUH TEMPERATUR TERHADAP TEGANGAN TEMBUS
TEGANGAN TEMBUS
(kilo Volt)
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.
22,50
22,00
21,50
21,00
20,50
20,00
28
36
40
TEMPERATUR
32
44
48
52
56
60
(DERAJAT CELCIUS)
Lampu 75 W (tekanan =0 mmH2O)
Lampu 100 W (tekanan =0 mmH 2O)
Lampu 25 W (tekanan =0 mmH2O)
Lampu 60 W (tekanan =0 mmH2O)
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.
Massa udara yang
dimasukkan
m2
mout
Massa mula-mula
udara campuran
m1
Massa akhir udara
campuran
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 TEGANGAN TEMBUS SAAT PENGUJIAN TERHADAP
TEKANAN PADA SUHU 300 C
TEGANGAN TEMBUS (kilo Volt)
24,25
23,75
23,25
22,75
Tabel 4.4
22,25
21,75
1.
21,25
2
Grafik 4.3
6
2.
10
14
18
22
26
( mmH2O)
TEKANAN
Tegangan tembus saat pengujian
3.
Pengujian isolasi udara dengan tekanan udara 2, 6, 10, 14, 18, 22
4.
mmH2 O.
5.
Dari data diatas terlihat bahwa kenaikan tekanan
udara tiap satuan massa akan mempengaruhi tegangan tembus
sela bola. Semakin besar kenaikan tekanan udara maka makin
Data nilai perkiraan penurunan tegangan tembus standar
terhadap tekanan dan temperatur.
Kondisi pengujian
Penurunan Tegangan tembus
(kV)
Lampu 25W Philips, 0,25 Klux
0,0265
tanpa tambahan tekanan
Lampu 60W Philips, 0,8 Klux
0,0398
tanpa tambahan tekanan
Lampu 75W Philips; 1,0 Klux
0,0138
tanpa tambahan tekanan
Lampu 100W Philips; 1,4 Klux
0,0085
tanpa tambahan tekanan
Tanpa lampu dengan tekanan
0,0294
udara 22 – 2 mm air
Dari tabel diatas terlihat jelas bahwa perubahan
massa udara dalam volume tertentu akan mengakibatkan
5
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.
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
V
5.1
PENUTUP
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.
Arif Wibowo (L2F 303426)
Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro,
Fakultas Teknik universitas Diponegoro
Semarang dengan pilihan Konsentrasi
Tenaga Liatrik
Menyetujui,
Dosen Pembimbing
Pembimbing I
Abdul Syakur, ST.MT.
NIP. 132 231 132
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.
6
Pembimbing II
Ir. Agung Nugroho
NIP. 131 668 508