Kegagalan gas pada transmisi tegangan tinggi

TEKNIK TEGANGAN TINGGI SUPLEMEN

Mekanisme Kegagalan Dalam GasNama kelompok: -Elfrida Dwi Utami

Ely Andri GustiawanFajar Aji Nugroho

Imam SyafrizalIntan Apriliana Dewi

M. Dini setyadiM. Irsan

MEKANISME KEGAGALAN PADA GASIon dan elektron bebas yang menabrak atom netral sehingga terjadi banjiran elektron dan ion yang mengakibatkan isolasi gas/udara tembus.

Ada 2 jenis proses dasar yang diketahui:1). Mekanisme (proses) primer, yang memungkinkan terjadinya banjiran elektron 2). Mekanisme (proses) sekunder , yang memungkinkan terjadinya peningkatan banjiran elektron

Proses terpenting dalam mekanisme primer adalah proses katodaDalam hal ini elektroda yang potensialnya rendah yaitu katoda, akan menjadi elektroda yang melepaskan electron. Fungsi elektroda pelepas electron adalah :1. Menyediakan electron awal yang harus dilepaskan.2. Mempertahankan pelepasan, dan3. Menyelesaikan pelepasan.

Proses kegagalan gas terjadi karena ionisasi benturan oleh elektron

Ada dua jenis proses dasar :1. Proses mekanisme primer → memungkinkan terjadinya

banjiran (avalanche) elektron2. Proses mekanisme sekunder → memungkinkan terjadinya

peningkatan banjiran elektron

Mekanisme PrimerElektroda melepaskan elektron sehingga menyebabkan

kegagalan percikan (spark breakdown). Elektron awal pada katoda dibebaskan perantara pengion luar sehingga terjadi banjiran elektron pada permukaan elektroda

Mekanisme SekunderYang terpenting dari prosese sekunder adalah emisi elektron

karena benturan ion positif. Jika ion positif di tembakkan ke permukaan katoda maka akan dibebaskan elektorn ke permukaan katoda. Energi dari elektron yang dibebaskan sebanding dengan gradien tegangan permukaan katoda E dan berbanding terbalik dengan kerapatan udara δ

dengan, A = konstanta

c

e

EAU

Tabel Energi Pembebasan Elektron (ev)

Logam Energi Pembebasan Elektron (ev)

Aluminium 1.8

Tembaga 3.9

Tembaga oksida 5.34

Besi 3.9

Perak 3.1

Platina 3.6

Barium Oksida 1.0

Kondisi untuk dapat dapat terjadi kegagalan adalah jiak jumlah ion positif yang dihasilkan oleh ionisasi banjiran electron primer harus sama atau lebih besar dari jumlah ion positif N yang diperlukan untuk menjamin terjadinya awal banjiran sekunder, hal ini dapat dinyatakan dalam bentuk persamaan,

Dimana S = lintasan yang ditempuh electronα = koefisien kesatu ionisasi TownsendN = jumlah ion positif yang diperlukan

Mekanisme Kegagalan TownsendArus akan naik secara ekponensial sampai terjadi peralihan

menjadi pelepasan yang bertambambah sendiri. Peralihan ini adalah percikan dan diikuti oleh perubahan arus yang sangat cepat dan pembilang menjadi nol, atau:

Keadaan ini, Townsend menamakan dimulainya percikan.1

,

1

1)1(

d

d

d

e

maka

e

karena

e

Besarnya electron bebas tambahan yang terjadi dalam lapisan yang besarnya dx adalah

Dimana α adalah koefisien kesatu ionisasi Townsend.

Jumlah electron yang menumbuk anoda perdetik sejauh d dari katoda sama dengan jumlah ion positif:

Selanjutnya seperti bab I, jumlah electron yang meninggalkan katoda dan mencapai katoda :

Arus ini akan naik terus sampai terjadi peralihan menjadi pelepasan yang bertahan sendiri ( self-sustaining).

atau

Ada tiga macam kemungkinan kriteria Towndsend untuk percikan:

a. Untuk γ eαd < 1Arus pelepasan tidak dapat bertahan sendiri artinya sumber penghasil arus i₀ dihilangkan, arus pelepasan berhenti mengalir.

b. Untuk γ e αd = 1 Jumlah pa€sangan ion e αd yang dihasilkan oleh suatu banjiran

elektron cukup besar sehingga ion positif yang dihasilkan itu pada pembenturan dengan katoda dapat membebaskan satu elektron sekunder, yang kemudian mengulangi proses banjiran.

c. Untuk γ e αd >1

Ionisasi yang dihasilkan dari banjiran yang berturut – turut menjadi komulatif. Akibatnya pelepasan percikan tumbukan

dengan cepat sebanding dengan kelebihan γe αd

Persamaan diatas dapat dinyatakan dalam bentuk gambar dibawah, dimana dalam tegangan V (dan mc dan E) rendah.

Pelepasan bertahan diri

Pelepasan tak bertahan sendiri

T1

T2

T0 V

I01

I

T1

Untuk menyelidiki bagaimana pertumbuhan arus tergantung pada factor ruang yang di lalui atau sistem elektrodanya, perbandingan E/p perlu di jaga tetap (konstan).

Ln I/I0

E1 E2 E3

d d1s d2s d3s

E1 < E2 < E3

Untuk nilai d kecil.

Sehingga

Sehinggga likunya linier dengan lereng α. Bila di naikan maka membesar sehingga tercapai

Dan percikan terjadi pada d = ds. Tegangan gagal percikan terjadi pada

Mekanisme Kegagalan Strimer (Kanal)Mekanisme Stimer menjelaskan bahwa penggabungan

pelepasan percikan dari banjiran tunggal dimana muatan ruang muatan ruang (space charge) yang terjadi karena banjiran itu sendiri mengubah banjiran tersebut menjadi stimer plasma.

Ciri utama teori kegagalan stimer, disamping proses ionnisasi benturan (α) Townsend, adalah postulasi sejumlah besar fato ionisasi molekul gas dalam ruang didepan stimer dan pembesaran medan listrik setempat oleh muatan ruang ion pada ujung stimer.

Stimer PositifTeori ini dikembangkan oleh Meek dan Craggs dan Loeb,

untuk geometri medan seragam. Mereka menjelaskan bahwa pada waktu banjiran telah menyeberangi sela, elektron – elektron trsedot ke dalam anoda ion – ion tinggal dalam sela membentuk kerucut seperti terlihat pada gambar berikut:

Untuk menyelidiki bagaimana pertumbuhan arus tergantung pada factor ruang yang di lalui atau sistem elektrodanya, perbandingan E/p perlu di jaga tetap (konstan).

Jumlah muatan Q, terkumpul dalam sebuah bola dengan jari-jari r dikepala banjiran. Medan E yang dihasilkan oleh muatan ruang ini pada jari-jari r adalah :

DimanaN = kerapatan ion per cm 3e = muatan electron (C)ε0 = permitivitas ruang bebasr = jari-jari (r)

Stimer NegatifStimer negatif yaitu yang menuju ke anoda, Reather membuat

postulat bahwa stimer akan terjadi bila mekanisme banjiran awal menghasilkan jumlah elektron yang cukup ( eαx ) sehingga timbul muatan ruang yang kira – kira sebanding dengan medan yang diterapkan. Kriteria Reather untuk pengembangan stimer adalah bahwa gradient tegangan muatan ruang kira – kira sama dengan yang diterapkan atau:

o

x

a r

eE

24