Kuliah-6 Isolasi Padat.ppt

Dosen: Prof.Dr. Ir. Salama Manjang

Material isolasi padatAnorganikOrganikKomposit (gabungan anorgaik dan organik)

Kegagalan (breakdown) yang terjadi pada isolasi padat adalah sangat penting. Apabila terjadi kegagalan, maka isolasi padat menjadi kegagalan permanen, karena ia termasuk bahan yang non-self restoring

Beberapa kegagalan pada benda padat dapat digolongkan seperti berikut :a)Kegagalan Intrinsik (asasi) dan elektro mekanikb)Kegagalan streamerc)Kegagalan termald)Kegagalan erosi

Adapun sifat dari kegagalan ini adalah:a)Terjadi pada suhu yang rendah, suhu kamar atau lebih rendah. Kekuatan kegagalan tidak bergantung pada bentuk gelombang dari tegangan yang diterapkan dan terjadi pada waktu yang singkat.

b)Kegagalan tergantung pada bentuk, besar dan spesimen dan bentuk dari kegagalan.

Teori dari streamer ini sama dengan yang digunakan pada dielektrik gas. Untuk mendapatkan kegagalan streamer yang sebenarnya, ujung katoda haruslah dimasukkan di dalam isolasi yang akan diuji. Bila elektroda ditempatkan pada permukaan bahan isolasi maka elektron dari katoda akan menembus ke anoda melewati dua medium, yaitu: Pertama, medium udara diperbesar. Kedua, langsung melewati dielektrik

Karakteristik dari kegagalan termal adalah :a)Terjadi pada suhu yang tinggib)Kekuatan medan pada waktu terjadinya kegagalan tergantung pada bentuk dan besarnya isolasic)Waktu yang diperlukan untuk kegagalan adalah dalam mili-detik

d)Pada medan bolak-balik harga tegangan gagal lebih kecil dari medan yang tetap karena kerugian daya bertambah.

Pada medan yang bolak-balik, panas yang terjadi adalah

W = E2.f. tan . 312

/108,1

cmWattr

2EW Watt / cm3

Pada medan arus searah panas yang terjadi adalah :

• Produksi isolasi kabel tanah dan alat lainnya kadang-kadang tidak sempurna, sehingga sering terdapat rongga dalam isolasi.

• Bila rongga berisi udara, akan terdapat konsentrasi medan listrik. Karena itu, pada tegangan normal kekuatan medan pada rongga dapat melebihi kekuatan tembus, sehingga dapat menyebabkan terjadinya breakdown.

• Kekuatan medan dalam rongga ditentukan oleh perbandingan permitivitas dan bentuk rongga.

• Setiap pelepasan muatan terjadilah panas, dan lama kelamaan muka dari rongga akan terjadi karbonisasi dan dapat merusak struktur kimia isolasi dan terjadinya erosi.

Misalkan kapasitansi bagian yang tidak terdapat rongga adalah Ca , bagian yang berongga adalah Cb , sedangkan kapsitansi dari rongga adalah Cc. Jika rongga dianggap berbentuk silinder, maka persamaannya adalah :

Bila tegangan yang diterapkan pada benda itu Vb , maka tegangan yang terdapat pada rongga menjadi Vc

Dimana :V b = tegangan dari luart b = tebal bendat c = tebal dari rongga rb = permitivitas benda isolasi rc = permitivitas dari rongga

Kegagalan ini, misalnya adanya penjejakan karbon (tracking) pada material padat porselin, terutama pada keadaan kering yang menyebabkan terbentuknya celah konduksi pada permukaan isolasi. Tracking ini berperan sebagai celah konduksi pada permukaan isolator yang mendorong terjadinya kegagalan bertahap di sepanjang permukaan isolator

Beberapa reaksi kimia penting yang terjadi adalah :a)Oksidasi : Kehadiran udara atau oksigen, pada material padat seperti karet dan polyethilene mengalami oksidasi yang dapat meyebabkan keretakan pada permukaan isolator.b)Hidrolisis : Ketika uap air dan embun muncul di atas permukaan suatu material padat, maka hidrolisis akan terjadi dan material tersebut dan menyebabkan material akan kehilangan atau berkurang sifat listrik maupun sifat mekanisnyac)Aksi Kimiawi

Kehadiran udara dan gas lainnya menyebabkan isolasi padat mangalami perubahan struktur secara kimiawi yg dpt berlanjut pada tekanan listrik terus menerus yang akhirnya breakdown isolasi

Secara umum, terdapat dua gejala yang dapat diamati pada material tersebut, yaitu: (a) Adanya bagian konduksi pada permukaan isolator. (b) Suatu mekanisme yang bekerja yang menyebabkan arus bocor melalui bagian konduksi yang pada akhirnya mendorong ke arah pembentukan suatu percikan (discharge). Percikan yang terjadi akan menyebar selama proses penjejakan karbon (tracking) dan membentuk cabang-cabang yang menyerupai pohon (pepohonan) yang dikenal dengan istilah “treeting”.

Gambar Pepohonan (treeing) listrik di dalam isolasi polimer (a) Proses awal terbentunya treeing, (b) Treeing menjembatangi kedua elektroda