Feedback

Pengaruh Busur Api Terhadap Kekuatan Dielektrik Gas SF6

Informasi dokumen
Jhony : Pengaruh Busur usur Api Ter Terhadap Kekuatan Dielektrik Gas SF6 , 2011 Universitas Sumatera Utara Bahan isolasi gas yang sering digunakan adalah gas SF6. Sifat –sifat dari gas SF6 ini tidak berwarna, tidak beracun, tidak berbau. Salah satu pemanfaatan dari gas SF6 ini sebagai bahan isolasi adalah pada pemutus tenaga (circuit breaker). Jika pemutus tenaga SF6 membuka, maka pada sela kontaknya akan terjadi busur api. Busur api akan menaikkan temperatur gas SF6 sehingga ada dugaan gas SF6 mengalami perubahan struktur kimia, sehingga sifat listriknya berubah. Tugas akhir ini akan meneliti pengaruh temperatur busur api tersebut terhadap kekuatan dielektrik gas SF6. Jhony : Pengaruh Busur Api Terhadap Kekuatan Dielektrik Gas SF6 , 2011 Universitas Sumatera Utara Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala berkat dan rahmat yang telah diberikan/Nya kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul “Pengaruh Busur Api Terhadap Kekuatan Dielektrik Gas SF6”. Penulisan Tugas Akhir ini merupakan salah satu persyaratan untuk menyelesaikan studi dan memperoleh gelar Sarjana Teknik di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Tugas Akhir ini penulis persembahkan untuk kedua orang tua yang telah membesarkan penulis dengan kasih sayang yang tak ternilai harganya, yaitu Wong Poh Seng dan Lauw Tjai Tjin, kedua kakak penulis Ailie dan Rita di Jakarta, dan abang penulis Ayong di Lombok atas seluruh perhatian dan dukungannya hingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik. Selama masa kuliah sampai masa penyelesaian Tugas Akhir ini, penulis mendapat dukungan, bimbingan, dan bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu, dengan setulus hati penulis hendak menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar/besarnya kepada: 1. Bapak Ir. Bonggas L. Tobing selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang telah banyak meluangkan waktu dan pikirannya untuk memberikan bantuan, bimbingan, dan pengarahan kepada penulis selama penyusunan Tugas Akhir ini. Terima kasih sebesar/besarnya penulis ucapkan untuk Beliau. Jhony : Pengaruh Busur Api Terhadap Kekuatan Dielektrik Gas SF6 , 2011 Universitas Sumatera Utara 2. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, MSi selaku Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU dan Bapak Rahman Fauzi, ST.,MT., selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro FT USU. 3. Bapak Ir. Pernantin Tarigan, MSc selaku Dosen Wali penulis. 4. Bapak Ir. Syahrawardi selaku Kepala Laboratorium Teknik Tegangan Tinggi. 5. Seluruh staf pengajar dan administrasi Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 6. Bapak Khaldun M. Badra di PT INALUM yang telah banyak membantu penulis dalam pengambilan sampel gas SF6. 7. Angelina Ong yang telah memberikan semangat, dorongan dan ide/ide kepada penulis. 8. Seluruh asisten Laboratorium Teknik Tegangan Tinggi : Akim, Setia, Moko, Eykel, dan khususnya Wilvian dan Monda yang telah membantu penulis dalam pengambilan data. 9. Teman/teman stambuk 2007: Denny, Yuyanyo, Yudy, Cimet, Syuibai, Wendy, Bento, Aan, Ramcheys, Binsar, Selvi, Andrew, Janes, Jon, Kaban, Kukuh, Leo, Mariocoy, Ahmad seru, Rocky, Ramli, Reza, dan teman/teman 2007 lain yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu. Jasa/jasa kalian tidak akan dilupakan. 10. Kepada abang/abang senior dan adik/adik junior: Ko Herman, Ko Joni, ko Frendy, Ko Angga, Bang Jaitun, Bang Albert, Bang Folda, Budiman, Thomas, Bang Okta, Bang Kristian, Hendrik, Sugianto, AH, Teguh, Antonius, Aji, Robin, Johnson dan Jhony : Pengaruh Busur Api Terhadap Kekuatan Dielektrik Gas SF6 , 2011 Universitas Sumatera Utara abang/kakak senior serta adik/adik junior yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu. Yang telah memberi motivasi kepada penulis. 11. Semua orang yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu, penulis ucapkan terima kasih banyak. Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini tidak luput dari kesalahan/kesalahan, baik dari segi tata bahasa maupun dari segi ilmiah. Untuk itu, penulis akan menerima dengan terbuka, segala saran dan kritik yang ditujukan untuk memperbaiki Tugas Akhir ini. Akhir kata, semoga Tugas Akhir ini bermanfaat bagi penulis dan pembaca. Medan, Juni 2011 Penulis, Jhony Jhony : Pengaruh Busur Api Terhadap Kekuatan Dielektrik Gas SF6 , 2011 Universitas Sumatera Utara !"#$.i #!# %&'#&!#".ii #(!#" ).v #(!#" #* #".vii #(!#" # %+.ix I.1 Latar Belakang.1 I.2 Tujuan dan Manfaat Penulisan.1 I.3 Batasan Masalah.2 I.4 Metode Penulisan.2 I.5 Sistematika Penulisan.3 II.1 Definisi Busur Api Listrik.5 II.2 Faktor/Faktor Yang Mempengaruhi Terjadinya Busur Api Listrik.8 II.3 Proses Terjadinya Busur Api Pada Pemutus Tenaga Gas SF6.14 II.4 Panas Yang Ditimbulkan Busur Api Listrik.17 Jhony : Pengaruh Busur Api Terhadap Kekuatan Dielektrik Gas SF6 , 2011 Universitas Sumatera Utara III.1 Sifat Umum Gas SF6.20 III.2 Bentuk Molekul Gas SF6.25 III.3 Proses Tangkapan Elektron Bebas Pada Gas SF6.26 III.4 Pengaruh Panas Terhadap Kekuatan Dielektrik Gas SF6.29 IV.1 Umum.32 IV.2 Prosedur Eksperimen.38 IV.3 Hasil Percobaan.39 IV.4 Analisis Data.39 V.1 kesimpulan.44 V.2 Saran.44 .45 Jhony : Pengaruh Busur Api Terhadap Kekuatan Dielektrik Gas SF6 , 2011 Universitas Sumatera Utara Gambar 2.1 Medan Listrik di Antara Dua Elektroda.5 Gambar 2.2 Busur Api di Antara Dua Elektroda.7 Gambar 2.3 Garis/Garis Medan Listrik di Antara Kedua Elektroda.10 Gambar 2.4 Garis/Garis Gaya Listrik Pada Muatan Positif dan Negatif.10 Gambar 2.5 Garis/Garis Gaya Listrik Di antara Muatan Positif dan Negatif.11 Gambar 2.6 Garis/Garis Gaya Listrik di Antara Dua Muatan Positif.11 Gambar 2.7 Pemutus Tenaga SF6 Bertekanan Tunggal.15 Gambar 2.8 Proses Terjadi Dan Pemadaman Busur Api Pada Pemutus Tenaga SF6 Tekanan Tunggal.16 Gambar 2.9 Busur Api Di Antara Kedua Kontak Pemutus Tenaga.18 Gambar 3.1 Perbandingan Nilai Tegangan Tembus Antara Gas SF6 Dan Udara.21 Gambar 3.2 Hubungan Tekanan dan Tegangan Tembus Dari Gas SF6.22 Gambar 3.3 Bentuk Molekul Gas SF6.26 Gambar 3.4 Medan Listrik Yang Timbul Di Antara Dua Elektroda.27 Gambar 3.5 Penyerapan Elektron Bebas Pada Molekul Netral.28 Jhony : Pengaruh Busur Api Terhadap Kekuatan Dielektrik Gas SF6 , 2011 Universitas Sumatera Utara Gambar 4.1 Tabung Sampel Gas SF6.32 Gambar 4.2 Trafo Uji.33 Gambar 4.3 Voltmeter AC .34 Gambar 4.4 Tahanan Peredam.35 Gambar 4.5 Elektroda Bola/Bola.36 Gambar 4.6 Wadah Pengukuran Tegangan Tembus Sampel Gas SF6.37 Gambar 4.7 Rangkaian Percobaan.37 Gambar 4.8 Penurunan Kekuatan Dielektrik Gas SF6.42 Jhony : Pengaruh Busur Api Terhadap Kekuatan Dielektrik Gas SF6 , 2011 Universitas Sumatera Utara Bahan isolasi gas yang sering digunakan adalah gas SF6. Sifat –sifat dari gas SF6 ini tidak berwarna, tidak beracun, tidak berbau. Salah satu pemanfaatan dari gas SF6 ini sebagai bahan isolasi adalah pada pemutus tenaga (circuit breaker). Jika pemutus tenaga SF6 membuka, maka pada sela kontaknya akan terjadi busur api. Busur api akan menaikkan temperatur gas SF6 sehingga ada dugaan gas SF6 mengalami perubahan struktur kimia, sehingga sifat listriknya berubah. Tugas akhir ini akan meneliti pengaruh temperatur busur api tersebut terhadap kekuatan dielektrik gas SF6. Jhony : Pengaruh Busur Api Terhadap Kekuatan Dielektrik Gas SF6 , 2011 Universitas Sumatera Utara , #!#" %+#$#&' Dewasa ini, semakin banyak gardu induk yang menggunakan pemutus tenaga berisolasi gas SF6 (sulphur hexafluorida). Gas SF6 memiliki berat molekul 146 dan tersusun atas 22% berat belerang dan 78% berat fluor. Molekul SF6 terbentuk sedemikian rupa sehingga atom belerang berada pada pusat oktahedron yang beraturan dengan masing/masing sebuah atom fluor pada setiap ujung oktahedron. Keuntungan isolasi gas SF6 adalah tidak berwarna, tidak berbau, tidak beracun, dan tidak mudah terbakar pada temperatur 150° C. Gas SF6 mempunyai sifat tidak merusak metal, plastik dan bermacam/macam bahan yang umumnya digunakan dalam pemutus tenaga. Jika media isolasi pemutus tenaga adalah gas SF6, maka perlu diteliti apakah terjadi penurunan kekuatan dielektrik dari gas SF6 setelah terjadi busur api pada sela kontaknya. , -.-#& /#& #&(##! %&-+) #& Tujuan penelitian ini adalah untuk menyelidiki pengaruh busur api yang terjadi pada gas SF6 terhadap kekuatan dielektriknya. Sehingga dapat diketahui apakah kekuatan dielektrik dari gas SF6 menurun atau tidak setelah terjadi busur api. Jhony : Pengaruh Busur Api Terhadap Kekuatan Dielektrik Gas SF6 , 2011 Universitas Sumatera Utara Adapun manfaat yang dapat diperoleh dari penelitian ini adalah untuk memberikan informasi kepada pemakai pemutus tenaga gas SF6 mengenai jadwal pergantian gas SF6 menurut jumlah operasi pembukaan pemutus tenaga. , #!# #& # #+#0 Adapun batasan masalah dalam Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut : 1. Tekanan dari gas SF6 dapat dibuat bervariasi sesuai kebutuhan. Tetapi pada penelitian ini tekanan gas SF6 dibatasi hanya 4,9 bar, yaitu tekanan yang umum dipakai pada pemutus tenaga gas. 2. Dilihat dari jenisnya, gas SF6 dibagi menjadi gas SF6 murni, gas SF6 komersil, dan gas SF6 tercemar. Yang akan diteliti adalah gas SF6 komersil. 3. Elektroda yang dipakai untuk pembangkitan busur api dapat berupa elektroda bola/ bola, elektroda jarum/jarum, elektroda bola/jarum, elektroda bola/piring, elektroda jarum/piring. Dalam penelitian ini yang dipakai hanyalah elektroda bola/bola. , %!1/% %&-+) #& Langkah/langkah yang dilakukan dalam penulisan Tugas Akhir ini adalah : 1. Penelitian dilakukan di laboratorium Teknik Tegangan Tinggi Departemen Teknik Elektro Universitas Sumatera Utara. Gas SF6 diambil dari PT INALUM. Jhony : Pengaruh Busur Api Terhadap Kekuatan Dielektrik Gas SF6 , 2011 Universitas Sumatera Utara Banyaknya sampel gas SF6 dalam penelitian ini adalah 5 sampel. Sampel pertama dimasukkan terlebih dahulu ke dalam wadah pengukuran, setelah selesai dilakukan penelitian pada sampel pertama, barulah dimasukkan sampel kedua dan seterusnya sampai sampel kelima. 2. Dalam wadah dipasang elektroda bola/bola standar. Setelah sampel gas SF6 dimasukkan ke dalam wadah pengukuran, tekanan gas SF6 diatur hingga mencapai 4,9 bar. 3. Elektroda bola/bola dihubungkan ke trafo uji. Busur api pada setiap sampel dibangkitkan dengan membuat elektroda bola/bola tembus listrik. Lama terjadinya busur api diatur dengan timer yang mengatur waktu pemutus hubungan trafo uji dengan sumber. Peristiwa terjadinya tembus listrik tadi dimanfaatkan sebagai pengukuran tegangan tembus dari gas SF6 pada kondisi sebelum terjadi busur api. 4. Dengan demikian akan diperoleh data dan dibuat dalam tabel. ,2 ) !%*#!)$# %&-+) #& Tugas Akhir ini disusun berdasarkan sistematika pembahasan sebagai berikut : BAB I PENDAHULUAN Bagian ini berisikan latar belakang, tujuan dan manfaat penulisan, batasan masalah, metode penulisan, dan sistematika penulisan. Jhony : Pengaruh Busur Api Terhadap Kekuatan Dielektrik Gas SF6 , 2011 Universitas Sumatera Utara BAB II BUSUR API LISTRIK Bagian ini memberikan penjelasan singkat mengenai pengertian busur api listrik, bagaimana busur api listrik itu terjadi, faktor/faktor apa sajakah yang mempengaruhi terjadinya busur api listrik, proses terjadinya busur api pada pemutus tenaga gas SF6. Selain itu, juga dijelaskan energi panas yang disebabkan oleh busur api listrik. BAB III GAS SF6 Bagian ini memberikan penjelasan singkat mengenai sifat/sifat umum dari gas SF6, bentuk molekul dari gas SF6, proses penangkapan elektron bebas yang terdapat di dalam gas SF6, dan pengaruh panas yang ditimbulkan busur api listrik terhadap kekuatan dielektrik dari gas SF6. BAB IV PENGARUH BUSUR API TERHADAP KEKUATAN DIELEKTRIK GAS SF6 Bagian ini berisikan alat/alat yang digunakan dalam melakukan percobaan, rangkaian percobaan, prosedur percobaan, hasil pengukuran, dan analisa data. BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Bagian ini berisikan beberapa kesimpulan dan saran dari penulisan Tugas Akhir ini. Jhony : Pengaruh Busur Api Terhadap Kekuatan Dielektrik Gas SF6 , 2011 Universitas Sumatera Utara , %()&) ) - -" 3) ) !")$ Bahan isolasi atau dielekrik adalah suatu bahan yang memiliki daya hantar arus yang sangat kecil atau hampir tidak ada. Bila bahan isolasi tersebut berubah sifat menjadi konduktif atau dengan kata lain, bahan isolasi tersebut bisa menghantarkan arus listrik, maka bahan isolasi tersebut sudah tembus listrik (breakdown). Proses berubahnya sifat isolator menjadi konduktif akan dijelaskan di bawah ini. Pada Gambar 2.1, ditunjukkan dua elektroda sejajar yang dipisahkan dengan bahan dielektrik, dimisalkan udara. Apabila elektroda dihubungkan ke sumber, maka akan timbul medan listrik di antara kedua elektroda tersebut. Kuat medan listrik pada setiap titik di antara kedua elektroda adalah sama. Elektroda Elektroda E Dielektrik Keterangan : 1. V = Tegangan 2. E = Kuat medan listrik 3. s = Jarak Kedua Elektroda s V +/ Gambar 2.1. Medan Listrik di Antara Dua Elektroda Jhony : Pengaruh Busur Api Terhadap Kekuatan Dielektrik Gas SF6 , 2011 Universitas Sumatera Utara Hubungan antara tegangan (V), kuat medan listrik (E) dan jarak kedua elektroda (s) adalah: 2.1 Pada udara terdapat banyak atom/atom netral. Atom/atom netral tersebut memiliki jumlah elektron dan proton yang sama. Elektron pada atom netral terikat dengan inti atom netral, sehingga elektron tersebut tidak terlepas dari lintasannya. Medan listrik yang timbul akan memberi gaya kepada elektron/elektron supaya terlepas dari ikatannya dan menjadi elektron bebas. Dengan kata lain, medan listrik merupakan suatu beban yang menekan dielektrik agar berubah sifat dari isolator menjadi konduktor. Setiap dielektrik mempunyai batas kekuatan untuk memikul terpaan medan listrik. Jika terpaan medan listrik yang dipikulnya lebih besar dari batas kekuatannya dan terpaan berlangsung cukup lama, maka dielektrik akan menghantarkan arus listrik atau dielektrik tersebut gagal melaksanakan fungsinya sebagai isolator. Dalam hal ini, dielektrik disebut telah rusak atau tembus listrik (breakdown). Kekuatan dielektrik adalah kuat medan listrik tertinggi yang dapat dipikul oleh suatu dielektrik tanpa menyebabkan dielektrik tersebut tembus listrik (breakdown). Setelah bahan dielektrik tersebut terjadi tembus listrik dan sumber tegangan tidak dilepaskan, maka medan listrik di antara kedua elektroda akan tetap ada. Sehingga Jhony : Pengaruh Busur Api Terhadap Kekuatan Dielektrik Gas SF6 , 2011 Universitas Sumatera Utara kejadian tembus listrik tersebut akan berlanjut menjadi busur api. Jadi busur api akan terjadi setelah ada kejadian tembus listrik yang mendahuluinya, dengan syarat : 1. Terpaan medan listrik harus lebih besar dari besar atau sama dengan kekuatan dielektrik bahan II.6.A Ionisasi Terjadinya atau padamnya busur api berhubungan dengan peristiwa ionisasi. Lihat gambar sebagai berikut : Elektron terikat ea ea ei ei + + Elektron bebas Neutron Neutron + Gambar a.suatu Proton ea membentur ei Proton + e Gambar b. i keluar lintasan Gambar II.6.A Proses Ionisasi Pada Gambar II.6.A ditunjukkan model dari suatu atom helium. Inti atom ini terdiri dari dua proton bermuatan positif dan dua neutron yang tidak bermuatan. Dua elektron bermuatan negatif berputar mengelilingi inti atom dengan lintasan yang berbeda. Dalam keadaan normal akan bersifat netral. Universitas Sumatera Utara Oleh suatu proses, misalnya karena benturan suatu partikel dari luar, maka elektron dapat keluar dari lintasannya dan terlepas menjadi elektron bebas, sehingga partikel yang tersisa dalam atom tinggal berupa dua proton, dua neutron dan satu elektron. Karena muatan positif lebih banyak dari muatan negatif, maka total muatan atom sekarang menjadi positif. Terlepasnya elektron dari ikatan atom netral sehingga terjadi elektron bebas dan ion positif disebut ionisasi. Ionisasi dalam gas dapat terjadi karena tiga hal, yaitu: karena adanya radiasi sinar kosmis, adanya massa yang membentur gas (Ionisasi benturan) dan karena kenaikan temperatur gas ( Ionisasi thermis). II.6.A.1 Radiasi Sinar Kosmis Ruang di atas bumi secara terus-menerus dibombardir dengan partikel-partikel-partikel submikroskopis yang berenergi tinggi. Sebagian berasal dari matahari yang sering disebut dengan sinar kosmis. Sebagian berasal dari pemisahan bahan radioaktif yang setiap menit terjadi di dalam bumi, di langit dan didalam organisme makhluk hidup. Partikel berenergi tinggi ini membentur elektron molekul netral. Peristiwa ini membuat gas selalu mengandung elektron-elektron bebas. Untuk lebih jelasnya lihat gambar sebagai berikut: Partikel submikroskopis yang berenergi tinggi Gambar II.6.A.1 Ionisasi karena radiasi sinar Kosmis Universitas Sumatera Utara Dari gambar II.6.A.1 terlihat bahwa energi yang berasal dari radiasi sinar kosmis yang menimbulkan partikel submikroskopis yang berenergi tinggi yang disebut juga energi radiasi akan membentur atom netral yang ada di bumi. Walaupun ada energi ikat elektron pada atom tersebut atau disebut juga dengan energi ikat elektron akan tetapi jika energi radiasi lebih besar dari energi ikat elektron maka akan terjadi ionisasi yang disebut dengan ionisasi radiasi sinar kosmis. Dimana proses kimianya adalah sebagai berikut: A + A+ Energi Dimana : + e A = Atom netral A+ = ion Positif e = elektron bebas II.6.A.2 Ionisasi benturan suatu gas berada diantara dua dua elektroda plat sejajar. Kedua elektroda diberi tegangan searah, akibatnya timbul medan listrik diantara kedua elektroda yang arahnya dari anoda kekatoda. Lihat gambar sebagai berikut: E (+)Anoda ea Katoda (-) Elektro bebas Molekul netral Gambar II.6.A.2 Ionisasi benturan Universitas Sumatera Utara Didalam gas dimisalkan ada satu elektron bebas hasil radiasi sinar kosmis (ea). Karena adanya medan listrik, elektron tersebut akan mengalami gaya yang arahnya menuju anoda. Dalam perjalanan menuju anoda, elektron itu membentur molekul-molekul netral gas. Jika energi kinetis elektron pembentur lebih besar dari energi ikat elektron gas, maka elektron gas akan keluar dari lintasannya menjadi elektron bebas baru dan menyisakan ion positif. Ion positif akan mengalami gaya dan bergerak menuju katoda sedang elektron bebas baru akan bergerak menuju anoda. Elektron baru ini akan mengadakan ionisasi benturan lagi, sehingga elektron bebas dan ion positif didalam gas semakin banyak jumlahnya. II.6.A.3 Ionisasi Thermis Jika temperatur gas dalam suatu bejana tertutup dinaikkan, maka molekul-molekul gas akan bersirkulasi dengan kecepatan tinggi sehingga terjadi benturan antar molekul dengan molekul. Jika temperatur semakin tinggi, maka kecepatan molekul semakin tinggi, sehingga benturan antar molekul semakin keras dan dapat membuat terlepasnya elektron dari molekul netral. Lihat gambar sebagai berikut: Api (Panas) Gambar II.6.A.3 Ionisasi Thermis Universitas Sumatera Utara II.6.B Deionisasi Jika suatu elektron bebas bergabung dengan suatu ion positif akan dihasilkan suatu molekul netral. Peristiwa penggabungan ini disebut dengan deionisasi. Deionisasi akan mengurangi partikel bermuatan dalam suatu gas. Jika pada suatu gas terjadi aktivitas deionisasi yang lebih besar dari aktivitas ionisasi, maka muatan-muatan bebas didalam gas itu akan berkurang. Lihat gambar sebagai berikut: Elektron terikat ea ea Elektron bebas + + Neutron Neutron + Proton + Proton e Gambar a.elektron kembali terikat Gambar b. a diluar lintasan Gambar II.6.B Proses Deionisasi Ada empat proses deionisasi yang berhubungan dengan pemadaman busur api pada suatu pemutus daya, yaitu: 1. Deionisasi medan elektrik 2. Deionisasi rekombinasi 3. Deionisasi akibat pendinginan 4. Deionisasi tangkapan elektron. II.6.B.1 Deionisasi medan elektrik Telah dijelaskan sebelumnya bahwa medan elektrik timbul diantara dua plat sejajar bertegangan. Medan elektrik ini akan menimbulkan gaya pada Universitas Sumatera Utara muatan-muatan gas yang terdapat diantara elektroda. Elektron bebas bergerak menuju anoda sedangkan ion positif bergerak menuju katoda. Jika elektron bebas tiba di anoda, maka elektron akan masuk kedalam metal. Ion positif akhirnya akan mendekati spermukaan katoda dan menarik elektron keluar permukaan dari permukaan katoda, dan bergabung membentuk molekul gas netral. Jika diantara kedua elektroda tidak terjadi proses ionisasi, maka medan elektrik akan melenyapkan semua elektron bebas dari gas dan mengubah semua ion positif menjadi molekul netral. Lihat gambar sebagai berikut : E E (-) K (-) K Molekul netral Ion ( + ) Gambar II.6.B.1 Deionisasi Medan Elektrik II.6.B.2 Deionisasi akibat Rekombinasi Rekombinasi adalah pengurangan muatan karena penggabungan elektron bebas dengan ion positif. Rekombinasi jarang terjadi dalam suatu gas. Peristiwa ini lebih mudah terjadi pada bidang batas antara gas dengan zat padat atau zat cair. Untuk lebih jelasnya lihat gambar sebagai berikut : Universitas Sumatera Utara + + + + + + + + + Partikel bermuatan = 14 + + + + + Partikel bermuatan = 8 Gambar II.6.B.2 Deionisasi rekombinasi II.6.B.3 Deionisasi Akibat pendinginan Telah dijelaskan sebelumnya bahwa didalam gas bertemperatur tinggi akan terjadi gerakan molekul-molekul gas yang dapat menimbulkan ionisasi thermis. Sebaliknya, pendinginan gas atau udara akan memperlambat gerakan molekul. Hal ini akan menghalangi terjadinya ionisasi thermis dalam gas tersebut, sehingga pembentukan elektron bebas dan ion positif dapat dicegah. Pendinginan gas atau udara tidak secara langsung mengurangi partikel bermuatan, tetapi hanya menghalangi terjadinya ionisasi thermis dalam gas. II.6.B.4 Deionisasi tangkapan elektron Beberapa gas tertentu, seperti gas SF6, mempunyai atom netral yang giat menangkap elektron bebas yang bergerak di dekatnya. Penggabungan elektron bebas dengan atom netral menghasilkan ion negatif. Seandainya gas ini berada diantara dua elektroda plat sejajar bertegangan, maka elektron bebas yang bergerak ke anoda akan ditangkap atom netralnya dan membentuk ion negatif. Ion negatif ini akan mengalami gaya dan bergerak menuju anoda. Tetapi karena massanya yang relatif besar, maka ia bergerak lebih lambat dari pergerakan elektron bebas, sehingga tidak mampu menimbulkan ionisasi. Dengan demikian, atom gas netral mencegah elektron bebas melakukan ionisasi atau mencegah Universitas Sumatera Utara terjadinya elektron baru hasil ionisasi. Untuk lebih jelasnya lihat gambar sebagai berikut : Elektron bebas bergerak cepat Molekul Netral Terjadi tangkapan elektron Gambar II.6.B.4 Deionisasi tangkapan elektron II.6.C Emisi Emisi adalah peristiwa pelepasan elektron dari permukaan suatu logam menjadi elektron bebas didalam gas. Ada dua proses emisi yang berhubungan dengan pembentuk busur api pada pemutus daya, yaitu emisi thermis dan emisi medan tinggi. Universitas Sumatera Utara e e e ee e e e ee e e e eText e e e e e ee e e e e Elektron bebas e Gambar II.6.C proses terjadinya emisi Ada empat proses yang menyebabkan terjadinya emisi, yaitu: 1. Emisi fotoelektrik 2. Emisi benturan ion positif 3. Emisi medan tinggi 4. Emisi Thermis II.6.C.1 Emisi Fotoelektrik Cahaya yang menghasilkan energi foton akan membentur logam yang memiliki banyak elektron karena logam termasuk bahan yang konduktif. Ketika energi foton lebih besar dari energi ikat elektron maka elektron akan terlepas dari permukaan logam. Untuk lebih jelasnya lihat gambar sebagai berikut : Universitas Sumatera Utara h.v (energi foton) - - - Dinding logam Gambar II.6.C.1 Emisi foto elektrik II.6.C.2 Emisi benturan ion positif Massa ion positif lebih besar daripada masa elektron bebas dan ion positif membentur ion negatif pada logam. Karena energi kinetis ion positif lebih besar dari energi akan menyebabkan jarak antar molekul menjadi renggang, sehingga minyak menjadi kurang padat. Hal ini juga yang menyebabkan minyak berubah menjadi gas ketika dipanaskan, karena perubahan dari kondisi minyak yang padat menjadi kurang padat menyebabkan minyak menjadi lebih cepat mengalir dan akhirnya minyak lebih cepat menguap. Hal ini tentu saja akan mempengaruhi kualitas dari minyak. [2] Universitas Sumatera Utara BAB IV PENGUJIAN PENGARUH PERUBAHAN SUHU TERHADAP KEKUATAN DIELEKTRIK MINYAK JARAK IV.1. UMUM Untuk mengetahui pengaruh perubahan suhu terhadap kekuatan dielektrik minyak isolasi, maka perlu dilakukan pengujian tegangan tembus terhadap minyak tersebut. Pengujian dilakukan di Laboratorium Teknik Tegangan Tinggi Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik USU. Minyak isolasi yang akan diuji adalah minyak dari biji jarak. Metode pengujian terhadap tegangan tembus minyak jarak yang dipengaruhi perubahan suhu tersebut disesuaikan dengan standar JIS. IV.2. PERALATAN PENGUJIAN 1. Trafo Uji 220 V / 100 kV, 5 kVA, 50 Hz 2. Voltmeter AC 3. Bejana dengan Elektroda Bola standar Universitas Sumatera Utara 4. Pemanas 5. Termometer IV.3. RANGKAIAN PENGUJIAN Gambar 4.1. Rangkaian Pengujian Tembus Minyak Jarak Dimana : AT = Autotrafo TU = Trafo Uji PT = Trafo Ukur V = Voltmeter AC EB = Elektroda Bola IV.4. PROSEDUR PENGUJIAN 1. Buatlah rangkaian seperti gambar di atas. Jarak sela bola diatur sampai 2,5 mm Universitas Sumatera Utara 2. Minyak jarak dituang ke dalam alat pemanas, lalu panaskan minyak jarak sampai mencapai suhu 100 oC. Untuk mengetahui nilai suhu, masukkan termometer ke dalam alat pemanas. 3. Setelah suhu minyak jarak telah mencapai 100 oC, minyak dituang secara perlahan ke dalam bejana. Ukur kembali suhu minyak, untuk memastikan suhunya masih 100 oC. 4. Saklar utama (S1) ditutup dan AT diatur hingga tegangan keluarannya nol. 5. Naikkan tegangan input pada TU secara bertahap sampai minyak tembus listrik. 6. Catat nilai tegangan tembus pada voltmeter. 7. Saklar utama dan saklar sekunder (S2) dibuka. 8. Minyak jarak pada bejana diaduk untuk menghilangkan gelembung udara yang timbul saat tembus listrik. 9. Minyak dibiarkan selama kurang lebih 4 – 5 menit, agar suhu minyak turun menjadi 90 oC. 10. Ulangi Prosedur 4 – 9, untuk suhu berikutnya sampai 30 oC. 11. Setelah percobaan selesai, saklar primer dibuka. 12. Ulangi percobaan 1 - 11 sebanyak lima kali percobaan dengan minyak yang baru. Universitas Sumatera Utara IV.5. DATA HASIL PENGUJIAN Suhu 100 OC Tabel 4.1. Nilai Tegangan Tembus Pada Suhu 100 OC Pengujian Tegangan Tembus (kV) 1 17,2 2 16,8 3 17,1 4 17,5 5 17,1 Rata-rata 17,2 Suhu 90 OC Tabel 4.2. Nilai Tegangan Tembus Pada Suhu 90 OC Pengujian Tegangan Tembus (kV) 1 17,0 2 17,8 3 17,5 Universitas Sumatera Utara 4 18,0 5 18,1 Rata-rata 17,6 Suhu 80 OC Tabel 4.3. Nilai Tegangan Tembus Pada Suhu 80 OC Pengujian Tegangan Tembus (kV) 1 18,1 2 20,5 3 21,3 4 22,7 5 22,4 Rata-rata 21,0 Suhu 70 OC Tabel 4.4. Nilai Tegangan Tembus Pada Suhu 70 OC Pengujian Tegangan Tembus (kV) 1 21,5 2 22,7 3 22,5 4 21,7 Universitas Sumatera Utara 5 22,5 Rata-rata 22,2 Suhu 60 OC Tabel 4.5. Nilai Tegangan Tembus Pada Suhu 60 OC Pengujian Tegangan Tembus (kV) 1 24,1 2 23,9 3 23,2 4 23,5 5 23,5 Rata-rata 23,6 Suhu 50 OC Tabel 4.6. Nilai Tegangan Tembus Pada Suhu 50 OC Pengujian Tegangan Tembus (kV) 1 24,1 2 24,0 3 24,7 4 24,5 Universitas Sumatera Utara 5 24,5 Rata-rata 24,4 Suhu 40 OC Tabel 4.7. Nilai Tegangan Tembus Pada Suhu 40 OC Pengujian Tegangan Tembus (kV) 1 25,7 2 27,2 3 27,0 4 26,9 5 25,6 Rata-rata 26,4 Suhu 30 OC Tabel 4.8. Nilai Tegangan Tembus Pada Suhu 30 OC Pengujian Tegangan Tembus (kV) 1 27,7 2 27,4 3 27,6 4 27,4 Universitas Sumatera Utara 5 27,5 Rata-rata 27,5 IV.6. ANALISIS DATA Dari hasil data pengujian, dapat dicari nilai kekuatan dielektrik dari minyak jarak, dengan rumus : E = . (4.1) Dengan : E = Kuat medan listrik yang dapat ditahan oleh dielektrik (kV/cm) V = Tegangan maksimum yang dibaca alat ukur ( kV) S = Jarak sela antar elektroda = 2,5 mm ฀ = Faktor efisiensi = f (p,q) p= ; q = , dengan R,r = radius masing-masing elektroda = 5 mm Maka, didapat nilai p = 1,5 dan q = 1, kemudian berdasarkan Tabel 4.9, maka faktor efisiensi untuk f(1,5,1) = 0,850 Tabel 4.9. Nilai Faktor Efisiensi Medan (ƞ) Untuk B erbagai Susunan Elektroda Bola Universitas Sumatera Utara 2r P 1 1,5 2 3 4 5 6 7 8 9 10 15 S 2r q=1 1 0,850 0,732 0,563 0,449 0,372 0,318 0,276 0,244 0,218 0,197 0,133 Jadi, untuk suhu : 100 OC Kekuatan dielektriknya adalah E = 90 OC Kekuatan dielektriknya adalah E = = 10,44 kV/mm 60 OC Kekuatan dielektriknya adalah E = = 9,88 kV/mm 70 OC Kekuatan dielektriknya adalah E = = 8,28 kV/mm 80 OC Kekuatan dielektriknya adalah E = = 8,09 kV/mm = 11,11 kV/mm 50 OC Kekuatan dielektriknya adalah E = = 11,48 kV/mm Universitas Sumatera Utara 40 OC = 12,42 kV/mm Kekuatan dielektriknya adalah E = 30 OC = 12,94 kV/mm Kekuatan dielektriknya adalah E = Hasil data percobaan dan hasil perhitungan kekuatan dielektrik minyak jarak, dapat dibuat grafik antara tegangan tembus rata-rata ( V ) dengan perubahan suhu (Gambar 4.2) dan kekuatan dielektrik ( E ) dengan perubahan suhu (Gambar 4.3). Tegangan Tembus Rata-Rata (kV) 30 25 20 15 10 5 0 0 20 40 60 80 100 120 Suhu Minyak ( OC) Gambar 4.2. Grafik Tegangan Tembus Rata-Rata dengan Suhu minyak Universitas Sumatera Utara Kekuatan Dielektrik (kV/mm) 14 12 10 8 6 4 2 0 0 20 40 60 80 100 120 Suhu Minyak ( OC) Gambar 4.3. Grafik Kekuatan Dielektrik dengan Suhu Minyak Grafik yang diperoleh melalui percobaan pengaruh perubahan suhu terhadap tegangan tembus minyak jarak, dapat diketahui bahwa terjadi perubahan tegangan tembus apabila suhu semangkin naik, begitu juga dengan kekuatan dielektrik minyak jarak yang berbanding lurus dengan tegangan tembusnya. Sebagai contoh pada suhu 30 OC tegangan tembus dan kekuatan dielektriknya adalah 27,5 kV dan 12,94 kV/cm, sedangkan pada suhu 100 OC tegangan tembus dan kekuatan dilektriknya akan turun menjadi 17,2 kV dan 8,09 kV/cm. Universitas Sumatera Utara BAB V KESIMPULAN DAN SARAN V.1. KESIMPULAN 1. Suhu memiliki pengaruh yang sangat besar terhadap tegangan tembus dari minyak jarak, semakin tinggi suhu maka tegangan tembusnya akan semakin kecil atau dengan kata lain kekuatan dielektrik minyak semangkin kecil. 2. Kekuatan dielektrik paling tinggi terjadi pada suhu 30 OC, yaitu sebesar 129,41 kV/cm Universitas Sumatera Utara 3. Minyak jarak belum memenuhi standar sebagai minyak isolasi untuk berbagai nilai suhu. V.1. SARAN 1. Pencarian bahan additif untuk menaikkan tegangan tembus minyak jarak. 2. Karena dalam pengujian kali ini hanya menguji pengaruh perubahan suhunya, untuk penelitian selanjutnya bisa diuji mengenai pengaruh viskositas minyak dan pengaruh konduktivitas minyak terhadap kekuatan dielektriknya. DAFTAR PUSTAKA 1. Budiyantoro, Eko, Analisis Tegangan Tembus Minyak Kelapa Murni (Virgin Coconut Oil) Sebagai Isolasi Cair Dengan Variasi Elektroda Uji, Skripsi, Semarang : Universitas Diponegoro. 2007, http://eprints.undip.ac.id/25689/ 2. Krismiandaru, Elia, Uji Tegangan Tembus Arus Bolak-Balik Pada Minyak Jarak Sebagai Alternatif Isolasi Cair, Skripsi.Semarang:Universitas Diponegoro. 3. Panggabean, Samuel, Pengaruh Perubahan Suhu Terhadap Kekuatan Dielektrik Berbagai Minyak Isolasi Transformator (Gulf, Nynas, Shell Dialla B, dan Total), skripsi, Medan : Universitas Sumatera Utara. 2008 Universitas Sumatera Utara 4. Setiabudy Rudy, Material Teknik Listrik, UI Press. Jakarta. 2007 5. Naidu, M.S dan V. Kamaraju, High Voltage Engineering Second Edition, McGraw Hill, New Delhi. 1996 6. Nasution, Zulkifli, Proses Pembuatan Minyak Jarak Sebagai Bahan Bakar Alternatif, Laporan Penelitian. Medan : Universitas Sumatera Utara. 2005. 7. Timoti,Hana, Aplikasi Teknologi Membran Pada Pembuatan Virgin Coconut Oil (VCO). Laporan Penelitian. PT. Nawapanca Adhi Cipta. 2005 8. Anonim, Profil Minyak Kelapa Sawit.2005 9. Kurnia, Rizki, Pembuatan Minyak Kedelai.2006 10. L. Tobing, Bonggas, Peralatan Tegangan Tinggi, PT. Gramedia Pustaka Utama, Jakarta. 2003 11. L. Tobing, Bonggas, “ Diktat Kuliah Gejala Medan Tinggi Jurusan Teknik Elektro FT-USU”, Medan.2005 12. L. Tobing, Bonggas, Dasar Teknik Pengujian Tegangan Tinggi, PT. Gramedia Pustaka Utama, Jakarta. 2003 13. Arismunandar, A., Teknik Tegangan Tinggi, PT. Pradnya Paramita, Jakarta. 1978 14. SPLN 49 – 1 : 1982, “ Specification for New Insulating Oils for Transformers and Switchgear”, Perusahaan Umum Listrik Negara. 1982 15. SPLN 49 – 2 : 1982, “Minyak Isolasi”, Perusahaan Umum Listrik Negara. 1982 16. Lucas, J.Ronan, High Voltage Engineering, Cyclostyled form, Srilanka. 2001 Universitas Sumatera Utara
Pengaruh Busur Api Terhadap Kekuatan Dielektrik Gas SF6
Aktifitas terbaru
Penulis
Dokumen yang terkait
Upload teratas

Pengaruh Busur Api Terhadap Kekuatan Dielektrik Gas SF6

Gratis