Isolasi PadatIsolasi Cair

Jenis Mekanisme Kegagalan Zat Padat

Kegagalan intrinsik

Kegagalan elektromekanik

Kegagalan Stremer

Kegagalan Termal

Kegagalan Erosi

Jenis Mekanisme Kegagalan Zat Padat*

IntrinsikKegagalan

Elektro Mekanik

Kegagalan Stremer

Kegagalan Termal

Kegagalan Erosi

Kegagalan (KV)

log t (detik)*) berdasarkan waktu penerapan tegangan

Kegagalan Intrinsik (Asasi)Disebabkan oleh jenis dan suhu bahan—

dengan menghilangkan faktor luar:TekananBahan elektrodaKetidakmurnianKantong-kantong udara

Terjadi saat terapan tegangan = 106 V/cm (dalam t singkat)

Kegagalan ElektromekanikAda beda polaritas antar elektroda yang mengapit zat

isolasi (padat) sehingga timbul tekanan listrik pada bahan tersebut.

/

/

F A

L LY =

Y = modulus Young

F = gaya yang bekerja pada zat padat tersebut

A = luas permukaan zat yang dikenai daya

∆L = penambahan panjang zat padat

L = panjang zat padat tersebut

Tekanan MekanisBerhubungan dengan

modulus Young:

F

L

∆L

A

Hubungan Modulus Young—Tegangan Terap*

*) menurut rumus Stark dan Garton

20

0 2ln

2rdV

Yd d

d0 = tebal zat isolasi padat sebelum dikenai tegangan Vd = tebal sesudah dikenai tegangan Vε o εr = permitivitas

Kegagalan StreamerKegagalan StreamerKegagalan streamerKegagalan streamer adalah kegagalan yang adalah kegagalan yang

terjadi terjadi akibatakibat banjiran (avalance) banjiran (avalance) elektron. elektron.

Kegagalan TermalKegagalan TermalKegagalan Termal adalah kegagalan yang Kegagalan Termal adalah kegagalan yang

terjadi jika kecepatan pembangkitan panas di terjadi jika kecepatan pembangkitan panas di suatu titik dalam bahan melebihi laju suatu titik dalam bahan melebihi laju kecepatan pembuangan panas keluar. kecepatan pembuangan panas keluar. Akibatnya terjadi keadaan tidak stabil Akibatnya terjadi keadaan tidak stabil sehingga pada suatu saat bahan mengalami sehingga pada suatu saat bahan mengalami kegagalan.kegagalan.

Gambar Kegagalan Kegagalan TermalTermal

Dalam hukum konversi energi :Dalam hukum konversi energi :

UU00 = U = U11+U+U22

dimana : dimana : UU0 0 :panas yang dibangkitkan :panas yang dibangkitkan

UU1 1 :panas yang disalurkan keluar :panas yang disalurkan keluar

UU22 :panas yang menaikkan suhu bahan :panas yang menaikkan suhu bahan

Kegagalan ErosiKegagalan ErosiKegagalan Erosi adalah kegagalan yang Kegagalan Erosi adalah kegagalan yang disebabkan zat isolasi pada tidak sempurna, disebabkan zat isolasi pada tidak sempurna, karena adanya lubang lubang atau rongga karena adanya lubang lubang atau rongga dalam bahan isolasi padat tersebut. dalam bahan isolasi padat tersebut. Lubang/rongga akan terisi oleh gas atau Lubang/rongga akan terisi oleh gas atau cairan yang kekuatan gagalnya lebih kecil cairan yang kekuatan gagalnya lebih kecil dari kekuatan zat padat.dari kekuatan zat padat.

Disamping itu,konstanta dielektrik dalam rongga lebih rendah dari permitivitas bahan zat padat

Sehingga intensitas medan dalam rongga lebih besar daripada intensitas dalam zat padat.

Oleh karena itu,terjadi tegangan kegagalan dalam rongga,walaupun tegangan kerja normal pada zat padat.

Contoh Kegagalan isolasi padat

1. Pengertian Isolasi2. Alasan penggunaan Isolasi Zat Cair3. Teori Kegagalan Isolasi zat cair 4. Pengelompokan Teori Kegagalan Isolasi Z

at Cair5. Kegagalan isolasi Zat Cair pada Minyak Tr

ansformator

Pengertian IsolasiIsolasi berfungsi untuk memisahkan bagian-

bagian yang mempunyai beda tegangan agar diantara bagian-bagian tersebut tidak terjadi lompatan listrik (flash-over) atau percikan (spark-over).

Bahan isolasi haruslah mempunyai kekuatan dielektrik yang baik sehingga sifat hantarannya dapat ditiadakan.

Media dielektrik yang paling baik adalah ruangan vakum yamg sifat hantarannya nol

Partial discharge (peluahan persial) adalah peristiwa pelepasan/loncatan bunga api listrik yang terjadi pada suatu bagian isolasi (pada rongga dalam atau pada permukaan) sebagai akibat adanya beda potensial yang tinggi dalam isolasi tersebut.

Partial discharge di dalam bahan isolasi dapat ditentukan dengan 3 metode :

Pengukuran tegangan pada objekPengukuran arus di dalam rangkaian luarMengukur intensitas radiasi gelombang

elektromagnetik

Alasan penggunaan Isolasi Zat CairKerapatannya 1000 kali lebih dibandngkan dengan

isolasi gas, sehingga memiliki kekuatan dielektrik lebih tinggi.

Mengisi celah atau ruang yang akan diisolasi dan melalui proses konversi menghilangkan panas yang timbul akibat rugi energi.

Cenderung dapat memperbaiki diri sendiri (self healing) jika terjadi pelepasan muatan (discharge).

kekurangan utama isolasi cair adalah mudah

terkontaminasi.

Teori Kegagalan Isolasi zat cair

Kegagalan Elektronik pada Isolasi zat cair

Kegagalan Gelembung atau Kavitasi pada Zat Cair

Kegagalan isolasi Zat Cair pada Minyak Transformator

Kegagalan Elektronik pada Isolasi zat cair Agar terjadi kegagalan diperlukan elektron

awal yang dimasukkan dalam zat cair. Elektron akan menyebabkan timbulnya arus

konduksi dalam zat cair pada kuat medan tinggi.

Kegagalan Gelembung atau Kavitasi pada Zat CairDisebabkan oleh adanya gelembung-gelembung

gas di dalamnya Sebab-sebab timbulnya gelembung gas :

Permukaan elektroda tidak rata, sehingga terdapat kantong-kantong udara di permukaannya;

Adanya tabrakan elektron sehingga terjadi produk-produk baru berupa gas;

Penguapan cairan karena adanya lucutan pada bagian-bagian elektroda yang tajam dan tak teratur;

Zat cair dikenai perubahan suhu dan tekanan.

Medan listrik dalam gelembung gas yang adadalam zat isolasi cair dinyatakan oleh persamaan

Dimana ε1 = permitivitas zat cair

Ec = medan listrik dalam zat cair tanpa gelembung

Bila Eb sama dengan medan batas untuk ionisasi gas, maka akan terjadi lucutan dalam gelembung.

12

.3

1

0.1

E

Eb

Karena pengaruh medan yang kuat di antara elektroda, gelembung-gelembung udara yang ada dalam cairan tersebut akan berubah menjadi memanjang searah dengan medan. hal ini disebabkan karena gelembung-gelembung tersebut berusaha membuat energi potensialnya minimum.

Kegagalan isolasi Zat Cair padaMinyak TransformatorFaktor 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 serta, kondisi pengujian atau minyak transformator itu

sendiri

Faktor yang mempengaruhi mekanisme kegagalanPartikel Air Gelembung

Pengelompokan Teori Kegagalan Isolasi Zat CairKegagalan Bola Cair dalam zat cairKegagalan Butiran Padat dalam Zat

Isolasi Zat CairKegagalan Campuran Zat Cair-Padat

Kegagalan Bola Cair dalam zat cairJika suatu zat isolasi mengandung sebuah

bola cair dari jenis cairan lain, maka dapat terjadi kegagalan akibat ketakstabilan bola cair tersebut dalam medan listrik. Medan listrik akan menyebabkan tetesan bola cair yang tertahan didalam minyak yang memanjang searah medan dan pada medan yang kritis tetesan ini menjadi tidak stabil. Kanal kegagalan akan menjalar dari ujung tetesan yang memanjang sehingga menghasilkan kegagalan total.

Kegagalan Butiran Padat dalam Zat Isolasi Zat Cair

Kegagalan burtiran padat adalah

jenis kegagalan yang disebabkan

oleh adanya butiran zat padat

(partikel) didalam isolasi cair yang

akan memulai terjadi kegagalan.

Kegagalan ini disebabkan oleh

adanya butiran (particle) didalam

bahan isolasi yang akan

menyebabkan terjadinya

kegagalan seperti yang

ditunjukkan dalam gambar di

samping :

Kegagalan Campuran Zat Cair-PadatCampuran isolasi zat cair dan zat padat

banyak terdapat dalam bidang tenaga listrik, antara lain dalam kapasitor, kabel-kabel tegangan tinggi dan transformator.Campuran isolasi zat cair dan zat padat yang paling banyak terdapat adalah kertas yang dicelup dalam minyak tambang.

Contoh Kegagalan isolasi cair