TUGAS MATA KULIAH GEJALA MEDAN TINGGI

TUGAS MATA KULIAH GEJALA MEDAN TINGGI
Oleh:
Bayu Seno Adi Nugroho (21060112130090)
TEKNIK ELEKTRO UNIVERSITAS DIPONEGORO
2014
1. Mekanisme Steamer pada Bahan Isolasi
1.1 Pendahuluan
Isolator adalah salah satu komponen terpenting yang harus di ketahui dalam hal
keelektonikaan. Isolator terbagi atas beberapa macam salah satunya yaitu isolator gas. Pada
umumnya isolator gas digunakan sebagai media isolasi dan penghantar panas. Berdasarkan
kekuatan dielektrik, rugi-rugi dielektrik, stabilitas kimia, korosi, dll, isolator gas dapat
diklasifikasikan menjadi :
1. Gas sederhana, contohnya : Udara, Nitrogen, Helium, Hidrogen, dan lain-lain.
2. Gas Oksida, contohnya : Gas karbondioksida, Gas Sulphur dioksida
3. Gas Hidrokarbon, contohnya : Methana, Ethana, Propana, dan lain-lain
4. Gas Elektronegatif, contohnya : Gas Sulphur hexaflorida, CH2Cl2
Dalam pemilihan jenis isolator gas yang dipergunakan, perlu diperhatikan sifat dari
kedielektrikan gas yang digunakan pada temperatur dan tekanan dimana gas tersebut akan
digunakan sebagai media isolasi. Beberapa sifat dari isolator gas sebagai media isolasi yang
perlu diperhatikan antara lain yaitu :
1. Sifat Kelistrikan, yang mencakup antara lain : Tahanan isolasi, Kekuatan Dielektrik,
Faktor Daya, Konstanta Dielektrik, Rugi-rugi dielektrik.
2. Temperatur
3. Sifat Kimia
4. Sifat Mekanis: kerapatan volume, viskositas, absorpsi kelembaman, tekanan
permukaan, dan lain – lain
1.2 Mekanisme Streamer
Pada dasarnya, proses kegagalan isolasi gas dibagi menjadi dua, yaitu proses primer
dan proses sekunder. Proses primer memungkinkan terjadinya banjiran elektron dan proses
sekunder memungkinkan terjadinya peningkatan banjiran elektron. Mekanisme kegagalan gas
dibagi menjadi dua, yaitu mekanisme Townsend dan mekanisme Streamer.
Ciri utama kegagalan streamer adalah postulasi sejumlah besar foto ionisasi molekul
gas dalam ruang di depan streamer dan pembesaran medan listrik setempat oleh muatan
ruang ion pada ujung streamer. Muatan ruang ini menimbulkan distorsi medan dalam sela.
Ion positif dapat dianggap stasioner dibandingkan elektron-elektron yang begerak cepat dan
banjiran elektron terjadi dalam sela dalam awan elektron yang membelakangi muatan ruang
ion positif. Medan Er yang dihasilkan oleh muatan ruang ini pada jari jari R adalah:
Pada jarak dx, jumlah pasangan elektron yang dihasilkan adalah a e a x dx sehingga :
R adalah jari jari banjiran setelah menempuh jarak x, dengan rumus diffusi
R=Ö (2Dt).
Dimana t = x/V sehiungga
dimana
N : kerapatan ion per cm2
:
e : muatan elektron ( C )
e 0 : permitivitas ruang bebas
R: jari jari (cm)
V : kecepatan banjiran
D : koefisien diffusi
2. Kegagalan Isolasi Primer dan Sekunder
2.1 Pendahuluan
Mekanisme Townsend menjelaskan tentang fenomena tembus hanya pada tekanan
rendah dan jarak sela yang kecil (ps <=10barmm)dengan medan homogen. Mekanisme
Townsend menyatakan dua hal penting yang menjadi dasar teorinya yaitu proses
primer(memmungkinkan proses terjadinya proses banjiran elektron) dan proses sekunder
(memungkinkan terjadinya proses sekunder (memungkinkan terjadinya peningkatan banjiran
elektron.
2.2 Proses primer
Proses primer merupakan terjadinya proses ionisasi. Karena radiasi ekternal (sinr ultra
violet) elektron akan dibebaskan dari katoda. Elektroda ini akan dipercepat olehh medan
menuju anoda dengan suatu gaya sebesateE, dan energi (W) yang diberikan adalah sebagai
berikut :
1
w=e . E . x= m v 2
2
W= enegi(joule)
e= muatan elektron (1,6×10-19C )
E=intensitas medan
m= masa elektron (gram)
v = kecepatan elektron (m/s)
x= jarak pengarah elektron(m)
Dalam pergerakannya menuju anode, elektron akan menumbuk molekul gas dan
menghasilkan ion-ion positif dan elektron bebas baru. Elektron bebas baru ini akan
membentuk banjiran elektron primer yang bergerak menuju anode sebagai arus listrik.
2.3 Proses Sekunder
Ion positif hasil ionisasi akan bergerak menuju katodedan dipercepat oleh medan
listrik. Ketika ion positif menumbuk katode maka elektron akan dibebaskan ke luar
permukaan katode dan terjadi penambahan elektron yang akan membentuk banjran muatan
ruang yang lama kelamaan menjembatani terjadinya kanal peluahan antara anode-katode
pada sela elektroda, sehingga terjadi tembus total.
2.4Kurva Paschen
Kurva Paschen menggambarkan karakterristik tembus pada gas. Pada umunya kurva
Paschen dibagi menjadi tida daerah yang pertama merupakan karakteristik tembus gas pada
keadaan vakum. Pada kondisi ini diperlukan tegangan tembus yang sangat tinggi karena gas
pada keadaan vakum sehingga memerlukan energi yang lebih untuk memicu terjadianya
peluahan muatan listrik. Pada daerah kedua merupakan daerah terjadinya tembus Townsend
pada tekanan rendah dan jarak sela yang kecil (ps<=10 barmm) dengan medan homogen.
Pada daerah ketiga merupakan derah terjadinya tembus Streamer. Pada kondisi ini molekul
gas semakin padat dan menekan ke segala arah sehingga elekton untuk dapat bergerak
membutuhkan energi yang besar.
3. Mekanisme, Efek dan Aplikasi dari Korona Discharge
3.1Pendahuluan
Korona merupakan proses dimana arus, mungkin diteruskan, muncul dari sebuah
elektrode berpotensial tinggi di dalam sebuah fluida yang netral, biasanya udara,
denganmengionisasi fluida hingga menciptakan plasma di sekitar elektrode. Ion-ion yang
dihasilkan akhirnya akan melampaui muatan listrik menuju area-area berpotensi rendah
terdekat, atau bergabung kembali untuk membentuk molekul-molekul gas netral.
Saat gradien potensialnya fluida cukup besar pada sebuah titik, maka fluida itu akan
mengalami ionisasi dan menjadi bersifat konduktif. Udara di dekat elektrode bisa terionisasi
(sebagian bersifat konduktif). Saat udara di dekat titik menjadi bersifat konduktif, ia memiliki
efek meningkatkan ukuran konduktor. Di luar wilayah ionisasi dan konduktivitas ini, partikelpartikel bermuatan perlahan-lahan mencapai benda yang muatannya berlawanan dan
dinetralkan.
Jika wilayah terionisasi terus bertambah luas dan tidak berhenti pada radius tertentu,
terbentuklah jalur yang betul-betul bersifat konduktif yang berakibat pada terciptanya latu
elektrik yang muncul sekejap atau busur elektrik yang berkesinambungan.
Lucutan korona biasanya melibatkan dua elektrode asimetris; elektrode yang satu
memiliki permukaan yang sangat melengkung (seperti ujung sebuah jarum atau kawat
berdiameter kecil) dan elektrode satunya lagi memiliki kelekukan yang rendah (seperti piring
atau permukaan tanah). Kelengkungan yang tinggi memastikan potensial gradien yang tinggi
di sekitar sebuah elektrode, untuk menciptakan sebuah plasma.
Korona bisa bermuatan positif atau negatif. Hal ini ditentukan oleh polaritas tegangan
di elektrode yang kelengkungannya tinggi. Jika elektrode melengkung bemuatan positif
berkenaan dengan elektoda rata terciptalah korona positif, tapi jika negatif yang tercipta
adalah korona negatif. Ketidaksamaan sifat korona positif dengan korona negatif yang amat
berbeda disebabkan oleh jauh berbedanya massa elektron dengan ion bermuatan positif,
dengan hanya elektron memiliki kemampuan mengalami tingkat benturan taklentingpengion
yang signifikan pada temperatur dan tekanan bersama.
Fungsi lucutan korona yang utama adalah terciptanya ozon di sekitar konduktor yang
mengalami proses korona. Korona negatif menghasilkan ozon jauh lebih banyak daripada
korona positif.
3.2 Mekanisme
1.
Sebuah molekul atau atom netralnya medium, di dalam sebuah wilayah medan
listrik yang kuat (seperti gradien potensial yang tinggi di dekat elektrode
melengkung) diionisasikan oleh sebuah peristiwa lingkungan eksogen (misalnya
sebagai akibat dari interaksi foton), untuk menciptakan sebuah ion positif
dan elektron bebas.
2.
Medan listrik lalu beroperasi pada partikel-partikel bermuatan lalu
memisahkan, mencegah penggabungan kembali, serta mempercepat partikel-partikel
itu, memberikan energi kinetik ke setiap partikel.
3.
Sebagai akibat dari energisasi elektron (yang memiliki nisbah massa/muatan
dan kecepatan yang jauh lebih tinggi), lebih jauh lagi sejumlah pasangan ion
elektron/positif bisa diciptakan dengan menabrakkan atom-atom netral. Lalu mereka
mengalami proses pemisahan yang sama. Proses pemisahan ini menciptakan
sebuah longsoran elektron. Baik korona positif dan negatif mengandalkan longsoran
elektron.
4.
Dalam berbagai proses yang membedakan korona positif dengan negatif,
proses energi plasma ini diubah menjadi disosiasi elektron tahap awal untuk
menyebabkan longsoran lebih jauh lagi.
5.
Sebuah spesies ion tercipta di dalam rangkaian longsoran ini (yang berlainan
antara korona positif dengan negatif) ditarik ke elektrode tak melengkung,
melengkapi sirkuit, dan mempertahankan aliran arus.
3.3 Efek dari Korona
Korona bisa menghasilkan derau/bising terdengarkan dan frekuensi radio, khususnya
di dekat jaringan transmisi tenaga listrik. Selain merepresentasikan rugi daya, aksi lucutan
korona di partikel-partikel atmosfer, bersama dengan produksi ozone dan nitrogen
oksida yang berkaitan dengan lucutan korona, bisa merugikan kesehatan manusia yang
bermukim di wilayah-wilayah yang dilalui jaringan listrik. Dengan begitu, peralatan transmisi
tenaga listrik didesain untuk meminimalisir terbentuknya lucutan korona. Lucutan korona
pada umumnya tidak diinginkan dalam:

Transmisi tenaga listrik, dimana lucutan korona menyebabkan:
1. Rugi daya
2. Bising terdengarkan
3. Gangguan elektromagnetik
4. Pijar ungu
5. Produksi ozon
6. Kerusakan pengisoliran


Di dalam komponen - komponen listrik seperti trafo, kapasitor, motor
listrik serta generator listrik. Korona secara progresif merusak isolasi di dalam piranti,
yang mengarah ke cacat perlengkapan dini. Salah satu bentuk serangan adalah keretakan
oleh ozonnya benda yang terbuat dari elastomer seperti cincin O.
Berbagai situasi dimana tegangan tinggi digunakan, tapi produksi ozon diminimalisir.
3.4 Aplikasi Korona
Berikut ini adalah penerapan lucutan korona di bidang komersial dan industri.
1. Menghilangkan muatan listrik yang tidak diinginkan dari permukaan pesawat yang
sedang terbang dan dengan begitu menghilangkan efek yang merugikan dari pulsa
lucutan elektris tidak terkontrol pada kinerja sistem avionik.
2. Pembuatan ozon.
3. Sterilisasi air kolam.
4. Pembersih
dengan
mengosokan
dalam HVAC (lihat Pengendap elektrostatik).
partikel-partikel
dari
udara
5. Menghilangkan berbagai organik teruap yang tidak diinginkan, seperti pestisida
kimia, pelarut, atau bahan senjata kimia, dari atmosfer.
6. Meningkatkan kelembapan atau ‘energi tegangan permukaan’ dari film polimer untuk
meningkatkan kesesuaian dengan tinta cetak atau perekat.
7. Membuat fotokopi.
8. Pengion udara yang baik buat kesehatan.
9. Fotografi Kirlian menggunakan foton yang dihasilkan oleh lucutan untuk mengekspos
film fotografik.
10. EHD thruster, Lifter, dan piranti ion wind yang lain.
11. Laser nitrogen.
12. Perlakuan Permukaan untuk Kultur Jaringan (Polistirena).
13. Ionisasinya cuplikan gas untuk analisis subsekuen dalam sebuah spektrometer
massa maupun spektrometer mobilitas ion.
Korona bisa digunakan untuk menghasilkan permukaan bermutan, yang merupakan
sebuah efek yang digunakan dalam pengopian elektrostatik (membuat fotokopi). Korona juga
dapat digunakan untuk menghilangkan materi kepartikelan dari aliran udara dengan terlebih
dahulu mengisi udara dengan muatan listrik, lalu melewatkan aliran udara bermuatan melalui
sisir polaritas bolak-balik, untuk mengendapkan partikel-partikel bermuatan ke lempengan
dengan muatan yang berlawanan.
Ion serta radikal bebas yang dihasilkan dalam reaksi korona bisa dipakai untuk
membersihkan udaranya produk-produk merugikan tertentu, melalui reaksi kimia, dan bisa
digunakan untuk memproduksi ozon.
4. Daftar Pustaka
[1] http://id.wikipedia.org/wiki/Lucutan_korona
[2] http://blog.ub.ac.id/epwnanda/2013/11/10/tembus-pada-gas/
[3] E. Kuffel, Dean Emeritus, High Voltage Engineering Fundamentals Second
edition,University of Manitoba, Winnipeg, Canada
[4] Fakultas Teknik Elektro. Modul Praktikum Tegangan Tinggi.
[5] Abdul Syakur, Mochammad Facta.2005.PERBANDINGAN TEGANGAN
TEMBUS MEDIA ISOLASI UDARA DAN MEDIA ISOLASI MINYAK TRAFO
MENGGUNAKAN ELEKTRODA BIDANG-BIDANG.Jurusan Teknik Elektro, F.T.,
Universitas Diponegoro
[6] http://www.elektroindonesia.com/elektro/ener13a.html
[7] http://ancharyu.wordpress.com/2010/03/17/98/