Pengaruh Tegangan Tinggi pada Isolasi Cair

Menjelaskan tentang Pengaruh Tegangan Tinggi pada Isolasi Cair.

1. PENGARUH TEGANGAN
TINGGI PADA BAHAN
ISOLASI CAIR

2. Pengantar
Apa itu cairan
Volumenya tetap dalam kondisi suhu dan
tekanan tetap
Bentuknya ditentukan oleh wadah
penampungnya
Melakukan tekanan kepada sisi
wadahnya/benda yang terdapat dalam cairan
disalurkan ke seluruh arah

3. Pengantar
Kegagalan Listrik/electrical breakdown/ tembus
listrik/dadalan elektrik
Gangguan pada sebuah sirkuit listrik
Berkurangnya hambatan pada sebuah isolator
yang menyebabkan lompatan bunga api listrik di
sekeliling/sepanjang isolator
Bisa hanya bersifat sementara (pengosongan
elektrostatik) atau terus-menerus (busur api)

4. Pengantar
Kegagalan isolator elektrik
kegagalan isolatornya sebuah kabel listrik/komponen
listrik yg mengakibatkan hubunga pendek/sekering
putus.
Kegagalannya bahan isolasi padat atau cair yang
digunakan dalam kodensator/trafo tegangan tinggi di
kabel distribusi/sepanjang dawai isolator yang dipasang
pada saluran listrik/ kabel listrik bawah tanah/kabel yang
membusur pada cabang pohon terdekat.
Dalam tekanan listrik yang cukup kuat, electrical
breakdown bisa berlangsung di dalam zat padat, cair,
atau gas.
Mekanisme kegagalan yang spesifik sangat berbeda di
setiap fase dielektrik dan membahayakan

5. Pengantar
Piranti disruptif
Merupakan piranti berdielektrik yg mendapat tekanan
melebihi kuat dielektriknya
Berakibat pada perubahan tiba-tiba pada bagian bahan
dielektrik yang semula bersifat menghambat listrik
menjadi bersifatkonduktif
Adapun ciri dari perubahan ini adalah terbentuknya
bunga api listrik/busur elektrikmelalui bahan tadi.
Jika hal ini terjadi di dalam perubahan kimiawi, fisik, dan
dielektrik padat di sepanjang jalur lucutan/pengosongan
maka kuat dieletriknya bahan akan berkurang secara
signifikan

6. Pengantar
Mekanisme Electrical breakdown
Terjadi di dalam sebuah gas saat gas itu memiliki kuat
dielektrik yang berlebihan.
Tekanan listrik yang tinggi bisa menyebabkan gas di
dekatnya mengalai ionisasi sebagian dan mulai bersifat
konduktif.
Meski udara biasanya merupakan isolator yang
sempurna, tapi saat ditekan oleh tegangan tinggi (kuat
medan listrik sekitar 3 x 106 v/m), udara mulai terurai,
menjadi bersifat konduktif sebagian.
Jika tegangannya cukup tinggi, maka akan terjadi
loncatan bunga api listrik /busur listrik
Kilat merupakan salah satu contoh dari loncatan bunga
api listrik yang sangat besar dan panjangnya mencapai
bermil-mil

7. Mekanisme Kegagalan Cair
Beberapa alasan mengapa isolasi cair digunakan
Pertma, isolasi cair memiliki kerapatan 1000 kali atau
lebih dibandingkan dengan isolasi gas, sehingga
memiliki kekuatan dielektrik yang lebih tinggi menurut
hukum Paschen.
Kedua, isolasi cair akan mengisi celah atau ruang yang
akan diisolasi dan secara serentak melalui proses
konversi menghilangkan panas yang timbul akibat rugi
energi.
Ketiga, isolasi cair cenderung dapat memperbaiki diri
sendiri (self healing) jika terjadi pelepasan muatan
(discharge).
Namun kekurangan utama isolasi cair adalah mudah
terkontaminasi

8. Mekanisme Kegagalan Cair
Faktor yg mempengaruhi kegagalan minyak transformator
Luas daerah elektroda,
Jarak celah (gap spacing),
Pendinginan,
Perawatan sebelum pemakaian (elektroda dan minyak ),
Pengaruh kekuatan dielektrik dari minyak transformator
yang diukur
Kondisi pengujian atau minyak transformator itu sendiri
juga mempengaruhi kekuatan dielektrik minyak
transformator

9. Mekanisme Kegagalan Cair
Faktor yg mempengaruhi kegagalan isolasi :
Isolasi sudah lama dipakai,
Berkurangnya kekuatan dielektrik
Karena dikenakan tegangan lebih.

10. Mekanisme Kegagalan Cair
Tegangan pada isolator merupakan suatu
tarikan/tekanan (stress) yang harus dilawan oleh gaya
dalam isolator agar tidak gagal.
Dalam struktur molekul material isolasi, elektron2 terikat
erat pada molekulnya, dan ikatan ini mengadakan
perlawanan terhadap tekanan yang disebabkan oleh
adanya tegangan.
Bila ikatan ini putus pada suatu tempat maka sifat isolasi
pada tempat itu hilang.
Bila pada isolasi tersebut diberikan tegangan akan
terjadi perpindahan elektron2 dari suatu molekul ke
molekul lainnya sehingga timbul arus konduksi/ bocor.
Karakteristik isolator akan berubah bila material tersebut
kemasukan suatu ketidakmurnian (impurity) seperti
adanya arang atau kelembaban yang dapat menurunkan
tegangan gagal.

11. Faktor yang mempengaruhi kegagalan
Partikel
Ketidak murnian memegang peranan penting dalam
kegagalan isolasi.
Partikel debu atau serat selulosa dari sekeliling dielektrik
padat selalu tertinggal dalam cairan.
Apabila diberikan suatu medan listrik maka partikal ini
akan terpolarisasi.
Jika partikel ini memiliki permitivitas e
2 yang lebih besar
dari permitivitas carian e
1, suatu gaya akan terjadi pada
partikel yang mengarahkannya ke daerah yang memiliki
tekanan elektris maksimum diantara elektroda elektroda.
Untuk partikel berbentuk bola (sphere) dengan jari jari r
maka besar gaya F adalah

12. Faktor yang mempengaruhi kegagalan
Partikel
Jika partikel tersebut lembab atau basah maka gaya ini
makin kuat karena permitivitas air tinggi.
Partikel yang lain akan tertarik ke daerah yang
bertekanan tinggi hingga partikel partikel tersebut
bertautan satu dengan lainnya karena adanya medan.
Hal ini menyebabkan terbentuknya jembatan hubung
singkat antara elektroda.
Arus yang mengalir sepanjang jembatan ini
menghasilkan pemanasan lokal dan menyebabkan
kegagalan

13. Faktor yang mempengaruhi kegagalan
Air
Air yang dimaksud adalah berbeda dengan partikel yang
lembab.
Air sendiri akan ada dalam minyak yang sedang
beroperasi/dipakai.
Namun demikian pada kondisi operasi normal, peralatan
cenderung untuk mambatasi kelembaban hingga
nilainya kurang dari 10 %.
Medan listrik akan menyebabkan tetesan air yang
tertahan didalam minyak yang memanjang searah
medan dan pada medan yang kritis, tetesan itu menjadi
tidak stabil.
Kanal kegagalan akan menjalar dari ujung tetesan yang
memanjang sehingga menghasilkan kegagalan total .

14. Faktor yang mempengaruhi kegagalan
Gelembung
Pada gelembung dapat terbentuk kantung2 gas yang
terdapat dalam lubang atau retakan permukaan
elektroda,
Dengan penguraian molekul2 cairan menghasilkan gas
atau dengan penguatan cairan lokal melalui emisi
elektron dari ujung tajam katoda.
Gaya elektrostatis sepanjang gelembung segera
terbentuk dan ketika kekuatan kegagalan gas lebih
rendah dari cairan, medan yang ada dalam gelembung
melebihi kekuatan uap yang menghasilakn lebih banyak
uap dan gelembung sehingga membentuk jembatan
pada seluruh celah yang menyebabkan terjadinya
pelepasan secara sempurna

15. Sifat-Sifat Listrik Cairan Isolasi
Sifa2 listrik yang menentukan unjuk kerja cairan sbg isolasi
1.Withstand Breakdown kemampuan untuk tidak
mengalami kegagalan dalam kondisi tekanan listrik
(electric stress ) yang tinggi.
2.Kapasitansi Listrik per unit volume yang menentukan
permitivitas relatifnya.
Minyak petroleum merupakan subtansi nonpolar yang efektif
karena meruapakan campuran cairan hidrokarbon.
Minyak ini memiliki permitivitas kira-kira 2 atau 2.5
Ketidak bergantungan permitivitas subtansi nonpolar pada
frekuensi membuat bahan ini lebih banyak dipakai dibandingkan
dengan bahan yang bersifat polar.
Misalnya air memiliki permitivitas 78 untuk frekuensi 50 Hz,
namun hanya memiliki permitivitas 5untukgelombangmikro

16. Sifat-Sifat Listrik Cairan Isolasi
3.Faktor daya
Faktor dissipasi daya dari minyak dibawah tekanan
bolak balik dan tinggi akan menentukan unjuk
kerjanya krn dlm kondisi berbeban terdapat sejumlah
rugi rugi dielektrik.
Faktor dissipasi sebagai ukuran rugi rugi daya
merupakan parameter yang penting bagi kabel dan
kapasitor.
Minyak transformator murni memiliki faktor dissipasi
yang bervariasi antara 10-4 pada 20 oC dan 10-3
pada 90oC pada frekuensi 50 Hz

17. Sifat-Sifat Listrik Cairan Isolasi
4.Resistivitas

Suatu cairan dapat digolongkan sebagai
isolasi cair bila resitivitasnya lebih besar dari
109 W-m.
Pada sistem tegangan tinggi resistivitas yang
diperlukan untuk material isolasi adalah 1016
W-m atau lebih. (W=ohm)

18. Kekuatan Dielektrik
Kekuatan dielektrik merupakan ukuran kemampuan
suatu material untuk bisa tahan terhadap tegangan
tinggi tanpa berakibat terjadinya kegagalan.
Kekuatan dielektrik ini tergantung pada sifat atom dan
molekul cairan itu sendiri.
Namun demikan dalam prakteknya kekuatan dielektrik
tergantung pada material dari elektroda, suhu, jenis
tegangan yang diberikan, gas yang terdapat dalam
cairan dan sebagainya yang dapat mengubah sifat
molekul cairan.
Dalam isolasi cairan kekuatan dielektrik setara dengan
tegangan kegagalan yang terjadi.

19. Kekuatan Dielektrik
Jika suatu tegangan dikenakan terhadap dua elektroda
yang dicelupkan kedalam cairan (isolasi) maka terlihat
adanya konduksi arus yang kecil.
Jika tegangan dinaikkan secara kontinyu maka pada titik
kritis tertentu akan terjadi lucutan diantara kedua
elektroda.
Lucutan dalam zat cair ini akan terdiri dari unsur-unsur
sebagai berikut :
•Aliran listrik yang besarnya ditentukan oleh karakteristik
rangkaian
•Lintasan cahaya yang cerah dari elektroda yang satu ke
elektroda yang lain.
•Terjadi gelembung gas dan butir butir zat padat hasil
dekomposisi zat cair
•Terjadi lubang pada elektroda

20. Kegagalan Elektronik pada Zat Cair
Jika elektroda memiliki bagian permukaan tidak
rata (ada yang runcing) maka kuat medan yang
terbesar terdapat pada bagian yang runcing
tersebut.
Kuat maksimum ini akan mengeluarkan elektron
e1 yang akan memulai terbentuknya banjiran
elektron.
Elektron yang dihasilkan e1, e2, e3 dan en yang
kemudian akan menyebabkan timbulnya arus
konduksi dalam zat cair pada kuat medan yang
tinggi.

21. Kegagalan gelembung/Kavitasi pada Zat Zair
Kegagalan gelembung atau kavitasi merupakan
bentuk kegagalan isolasi zat cair yang
disebabkan oleh gelembung-gelembung gas
didalamnya.
Sebab sebab timbulnya gelembung gas ( Kao
dan Krasucki) ad:
•Permukaan elektroda tidak rata, sehingga terjadi
kantong kantong udara dipermukaannya
•Adanya tabrakan elektron sehingga terjadi produk-
produk baru berupa gas
•Penguapan cairan karena adanya lucutan pada
bagian bagian elektroda yang tajam dan tidak teratur
•Zat cair mengalami perubahan suhu dan tekanan

22. Pengaruh Medan thp gelembung udara
Karena pengaruh medan yang kuat diantara elekroda maka
gelembung2 udara dalam cairan tersebut akan berubah menjadi
memanjang searah dengan medan.
Gelembung2 tersebut akan saling sambung menyambung dan
membentuk jembatan yang akhirnya akan mengawali terjadinya
kegagalan

23. Kekuatan gagal medan gelombung










dimana e 1 dan e 2 adalah permitivitas zat cair dan permitivitas
gelembung , r jari jari awal gelembung (dianggap bola), Vb jatuh
tegangan dalam gelembung dan adalah gaya tegang (tension)
permukaan zat cair

24. Kegagalan Bola Cair dalam Zat Cair
Jika suatu zat isolasi cair mengandung sebuah bola cair atau jenis
cairan lain,
maka dapat terjadi kegagalan akibat ketidakstabilan bola cair
tersebut dalam medan listrik.
Bola cair yang dikenai medan E akan beruabah bentuk menjadi
sferoida

25. Kegagalan Butiran Padat dlm Zat Cair
Kegagalan ini disebabkan oleh adanya butiran (particle)
didalam bahan isolasi yang akan menyebabkan
terjadinya kegagalan
R jari jari butiran dan E gradien tegangan

26. TRANSFORMATOR
KIPAS PENDINGIN
KIPAS PENDINGIN
SILICAGEL MAIN TANK
TERMOMETER RELAI
MEKANIK OLTC
BUCHOLTZ RELAY
KONSERVATOR
KONTROL BOX FAN
RADIATOR
JUNCTION RELAY
SILICAGEL OLTC
PERLENGKAPAN TRANSFORMATOR

27. BUSHING
PRIMER
BUSHING SEKUNDER
KABEL INCOMING 20 kV
KIPAS PENDINGIN
TANGKI UTAMA
RADIATOR
PERLENGKAPAN TRANSFORMATOR

28. SEKIAN