Mekanisme Kegagalan Bahan Isolasi Padat

RESTU ABDUL WAKHID 2209100022 Teknik Elektro ITS

MEKANISME KEGAGALAN BAHAN ISOLASI PADAT Mekanisme kegagalan isolasi padat terdiri dari beberapa jenis sesuai dengan fungsi waktu penerapan tegangangannya. tegangangannya. Hal ini ditunjukkan pada gambar grafik berikut :

Uraian untuk masing – masing kegagalan pada bahan isolasi padat adalah sebagai berikut : 1. Kegagalan Intrinsik  Adalah suatu kegagalan yang disebabkan oleh jenis dan suhu bahan. Kegagalan ini terjadi jika tegangan yang dikenakan pada bahan dinaikkan sehingga tekanan 6 -8 listriknya mencapai nilai 10 volt/cm dalam waktu singkat yaitu 10 detik  2. Kegagalan Streamer Adalah sutau kegagalan yang disebabkan karena adanya pergerakan avalanche atau kumulatif dari ionisasi yang terjadi. Sebuah elektron yang memasuki conduction band di katoda katoda akan bergerak menuju anoda di bawah bawah pengaruh medan dan akanmemperoleh energi dari benturan yang terjadi dengan elektron yang lain serta kehilangan energi pula saat membentur elektron lain (transfer energi). Jika lintasan bebas cukup panjang maka tambahan energi yang diperoleh melebihi pengionisasian latice. Akibatnya dihasilkan banyak elektron baru dari perjalanan dan tumbukan elektron tersebut. Jika suatu tegangan V dikenakan pada elektroda bola maka media yang berdekatan (gas/udara) akan timbul tegangan. Karena gas punya permitivitas yang lebih rendah daripada padat sehingga gas akan mengalami tekanan listrik yang besar, akibatnya gas tersebut mengalami kegagalan sebelum zat padat mencapai kekuatan intrinsiknya. Karena kegagalan gas ini menimbulkan medan yaang cukup kuat pada permukaan zat padat sehingga jika medan ini melebihi dari kekuatan intrinsik zat padat maka kegagalan zat padat akan terjadi. 3. Kegagalan Elektromekanik  Kegagalan elektromekanik disebabkan oleh adanya perbeaan polaritas antara elektroda yang mengapit zat padat. Karena perbedaan polaritas ini menimbulkan

RESTU ABDUL WAKHID 2209100022 Teknik Elektro ITS

tekanan listrik pada bahan tersebut. Tekanan listrik akan menmbulkan tekanan mekanik yang menyebabkan timbulnya tarik menarik antara kedua elektroda tersebut. 6 2 Pada teganagan 10 volt/cm akan menimbulkan tekanan mekanik 2 – 6 kg/cm . Tekanan atau tarikan mekanis ini berupa gaya bekerja pada zat padat berhubungan dengan modulus Young

Jika kekuatan intriksik tidak tercapai pada d/d0 = 0.6 zat isolasi akan terjadi kegagalan. Jika tegangan V dinaikkan kembali maka kekuatan maksimumnya adalah

4. Kegagalan Termal Adalah suatu kegagalan yang terjadi jika kecepatan pembangkitan panas di suatu titik  dalam bahan melebihi laju kecepatan pembuangan panas keluar. Akibat terjadi keadaan tidak stabil sehingga pada suatu saat bahan akan mengalami kegagalan.

5. Kegagalan Erosi Bahan isolasi padat biasanya memilikii lubang atau rongga di tengah – tengahnya atau diantara dielektrik dan elektrodenya. Lubang – lubang ini diisi oleh gas atau cairan yang kekuatan kegagalannya lebih rendah dibandingkan kekuatan zat padat. Hal ini diwakili oleh rangkaian ekivalen kapasitor yang menunjukkan besarnya kapasitas pengganti dari bahan isolasi pengisi lubang lubang atau rongga tersebut dan kapasitansi dielektrik yang ada.

RESTU ABDUL WAKHID 2209100022 Teknik Elektro ITS

Cb meununjukkan kapasitas dielektrik yang diseri dengan Cc yang merupakan kapasitas rongga. Dan Ca adalah kapasitas rest dielektrik. Bentuk gelombang yang charge Tegangan di luar/ AC dihasilkan adalah sebagai berikut :

discharge

Tegangan di dalam bahan

Ketika terjadi breakdown pertama melewati rongga maka tegangan breakdown yang melewati rongga tersebut menajdi nol. Ketika tegangan breakdoen rongga nol maka loncatan api padam dan tegangan kembali naik sampai terjadi breakdown kembali. Proses ini akan terus berulang – ulang dan kurva tegangan dan arus diatas memperlihatkan pulsa - pulsa grafik yang terjadi.

MEKANISME KEGAGALAN PADA ZAT CAIR Jika suatu teganagn dikenakan pada dua elektroda yang dicelupkan pada zat cair maka terlihat adanya konduksi arus yang kecil. Jika tegangan dinaikkan secara bertahap dan kontinyu maka pada titik kritis tertentu akan terjadi spark diantara kedua elektroda tersebut. 1. Kegagalan Elektronik  Jika elektroda memiliki permukaan tidak rata (runcing) maka kuat medan yang terbesar terdapat pada bagian yang runcing tersebut. Kuat maksimum ini mengeluarkan elektron yang akan memulai membentuk avalanche. Elektron ini kan menimbulkan elektron baru sesuai pergerakannya yang kemudian akan menyebabkan timbulnya arus konduksi dai dalam zat cair pada kuat medan yang tinggi. 2. Kegagalan Butiran Padat Kegagalan ini disebabkan oleh adanya butiran (partikel) di dalam bahan isolasi. Besarnya gaya yang bekerjja pada butiran dalam medan tak homogen adalah dimana R = jari – jari dan E = gradien tegangan

RESTU ABDUL WAKHID 2209100022 Teknik Elektro ITS

Jika ε2 > ε1 maka gaya yang bekerja pada butiran searah dengan tekanan listrik  maksimum sehingga gaya akan mendorong butiran ke arah bagian yyang kuat dari medan. Jika ε2<ε1 maka arah gaya berlawanan dengan tekanan listrik maksimum. Gaya akan sebanding dengan ε2. Untuk medan yang seragam, medan paling kuat terletak di tempat yang medannya seragam. Oleh sebab itu butiran akan tertarik ke tempat dimana medan paling seragam. Akibatnyan butiran akan sejajar diantara kedua elektroda dan seolah – olah membentuk jembatan yang mengawali terjadinya kegagalan isolasi. Adanya butiran penghantar diantara elektroda akan mengakibatkan pembesaran medan dalam zat cair di dekat permukaan butiran. Pembesaran ditentukan oleh bentuk butiran. 3. Kegagalan Kavitasi Merupakan bentuk kegagalan isolasi zat cair yang disebabkan oleh gelembung – gelembung gas yang ada di dalamnya. Sebab timbulnya gelembung gas adalah : a) Permukaan elektroda tidak rata, sehingga terjadi kantong – kantong udara di permukaannya. b) Adanya tabrakan elektron sehingga terjadi produk – produk berupa gas c) Penguapan cairan karena spark di bagian elektroda yang tajam dan tidak  teratur d) Mengalami perubahan suhu dan tekanan 4. Kegagalan Bubble Jika suatu zat isolasi cair mengandung sebuah bola cair atau jenis cairan lain maka dapat terjadi kegagalan akibat ketidakstabilan bola cair tersebut dalam medan l istrik.