PROSIDING SEMINAR PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan Yogyakarta, 28 Agustus 2008 PENGUJIAN TEGANGAN DADAL FEEDTHROUGH SUMBER TEGANGAN TINGGI MESIN BERKAS ELEKTRON (MBE) 300 keVj20 mA UNTUK INDUSTRI LATEKS Suhartono, Sutadi, Red Sudarmanto Pusat Tekn%gi Akse/erator Dan Proses Bahan ABSTRAK PENGUJIAN TEGANGAN DADAL FEEDTHROUGH SUMBER TEGANGAN TINGGI MESIN BERKAS ELEKTRON (MBE) 300 keV/20 mA UNTUK INDUSTRI LA TEKS Telah dilakukan pengujian tegangan dadal pada feedthrough sumber tegangan tinggi mesin berkas elektron (MBE) 300 keV/ 20 mA. Pengujian dimaksudkan untuk mengetahui kemampuan dielektrikum dari bahan dasar feedthrough yang digunakan. Metode yang digunakan adalah dengan cara memberi beda potensial tegangan diantara kedua elektrode. Sumber tegangan tinggi masukan divariasi dari 0 kV sampai dengan 300 kV pada suhu udara 22°C dan tingkat kelembaban udara 58%. Hasil pengujian menunjukkan bahwa feedthrough yang dilengkapi dengan pelindung (shielding) dari plastik mika, pada kondisi tegangan hingga 300 kV tidak terjadi tegangan dadal. Hal tersebut menunjukkan bahwa sifat dielektrikum dari bahan resin yang digunakan dalam pembuatan feedthrough mampu menahan beda potensial tegangan kerja 300 kV. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa feedthrough yang telah dibuat dapat digunakan sebagai media penghubung di daerah tegangan tinggi. ABSTRACT THE BREAKDOWN VOLTAGE TEST OF HIGH VOLTAGE FEEDTHROUGH FOR LA TEX INDUSTRY 300 keV/20 mA ELECTRON BEAM MACHINE. The breakdown voltage test of high voltage feedthrough for 300 keV/20 mA electron beam machine has been done. The test was done to measure the dielectric strength from feedthrough material The test methode is used a variation of voltage between two electrodes. The input high voltage source was tuned up from 0 kV to 300 kV at 22°C temperature and 58% humidity. The test result shows that feedthrough with completed by shielding from mica plastic at condition until 300 kV voltages does not cause breakdown voltage. It indicates that dielectric characteristic of applied resin in making of feedthrough can arrest 300 kV working voltages. It means that the feedthrough can be applied as connector in high voltage area. PENDAHULUAN Mesin Berkas Elektron (MBE) telah banyak dimanfaatkan sebagai sumber radiasi pada proses iradiasi suatu produk industri. Beberapa industri ban, kabel dll, telah menggunakan MBE untuk meningkatkan kualitas produknya. Karet alam sebagai bahan baku utama dari industri tersebut sangat melimpah di negara kita, sehingga potensi penggunaan mesin berkas elektron akan semakin besar. Berdasarkan uraian tersebut serta didukung dengan tersedianya sumber daya manusia dan pengalaman di bidang litbang teknologi akselerator yang ditunjukkan dengan telah berhasilnya pembangunan rancang bangun MBE pada tahun 2003 yang lalu, BA TAN khususunya PTAPB mencanangkan kembali program pokok untuk merancang dan membangun MBE energi rendah 300 keY / 20 mA berorientasi industri, khususnya industri lateks untuk proses pravulkanisasi karet alam. Kegiatan perancangan, desain dan pembuatan beberapa komponen utama MBE yang meliputi sumber elektron, sumber tegangan tinggi, sistem optik sistem pemayar, sistem instrumen kendali, bejana bertekanan, bejana iradiasi sistem pendingin, Suhartono, dkk. ISSN 1410 - 8178 373
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
PROSIDING SEMINARPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR
Pusat Teknologi Akselerator dan Proses BahanYogyakarta, 28 Agustus 2008
PENGUJIAN TEGANGAN DADAL FEEDTHROUGH SUMBERTEGANGAN TINGGI MESIN BERKAS ELEKTRON (MBE) 300
keVj20 mA UNTUK INDUSTRI LATEKS
Suhartono, Sutadi, Red SudarmantoPusat Tekn%gi Akse/erator Dan Proses Bahan
ABSTRAK
PENGUJIAN TEGANGAN DADAL FEEDTHROUGH SUMBER TEGANGAN TINGGIMESIN BERKAS ELEKTRON (MBE) 300 keV/20 mA UNTUK INDUSTRI LA TEKSTelah dilakukan pengujian tegangan dadal pada feedthrough sumber tegangan tinggimesin berkas elektron (MBE) 300 keV/ 20 mA. Pengujian dimaksudkan untukmengetahui kemampuan dielektrikum dari bahan dasar feedthrough yang digunakan.Metode yang digunakan adalah dengan cara memberi beda potensial tegangandiantara kedua elektrode. Sumber tegangan tinggi masukan divariasi dari 0 kV sampaidengan 300 kV pada suhu udara 22°C dan tingkat kelembaban udara 58%. Hasilpengujian menunjukkan bahwa feedthrough yang dilengkapi dengan pelindung(shielding) dari plastik mika, pada kondisi tegangan hingga 300 kV tidak terjaditegangan dadal. Hal tersebut menunjukkan bahwa sifat dielektrikum dari bahan resinyang digunakan dalam pembuatan feedthrough mampu menahan beda potensialtegangan kerja 300 kV. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa feedthrough yangtelah dibuat dapat digunakan sebagai media penghubung di daerah tegangan tinggi.
ABSTRACT
THE BREAKDOWN VOLTAGE TEST OF HIGH VOLTAGE FEEDTHROUGH FORLA TEX INDUSTRY 300 keV/20 mA ELECTRON BEAM MACHINE. The breakdownvoltage test of high voltage feedthrough for 300 keV/20 mA electron beam machinehas been done. The test was done to measure the dielectric strength fromfeedthrough material The test methode is used a variation of voltage between twoelectrodes. The input high voltage source was tuned up from 0 kV to 300 kV at 22°Ctemperature and 58% humidity. The test result shows that feedthrough with completedby shielding from mica plastic at condition until 300 kV voltages does not causebreakdown voltage. It indicates that dielectric characteristic of applied resin in makingof feedthrough can arrest 300 kV working voltages. It means that the feedthrough canbe applied as connector in high voltage area.
PENDAHULUAN
Mesin Berkas Elektron (MBE) telah banyakdimanfaatkan sebagai sumber radiasi padaproses iradiasi suatu produk industri. Beberapaindustri ban, kabel dll, telah menggunakan MBEuntuk meningkatkan kualitas produknya. Karetalam sebagai bahan baku utama dari industritersebut sangat melimpah di negara kita, sehinggapotensi penggunaan mesin berkas elektron akansemakin besar.
Berdasarkan uraian tersebut serta didukungdengan tersedianya sumber daya manusia dan
pengalaman di bidang litbang teknologi akseleratoryang ditunjukkan dengan telah berhasilnyapembangunan rancang bangun MBE pada tahun2003 yang lalu, BATAN khususunya PTAPBmencanangkan kembali program pokok untukmerancang dan membangun MBE energi rendah300 keY / 20 mA berorientasi industri, khususnyaindustri lateks untuk proses pravulkanisasi karetalam. Kegiatan perancangan, desain dan pembuatanbeberapa komponen utama MBE yang meliputisumber elektron, sumber tegangan tinggi, sistemoptik sistem pemayar, sistem instrumen kendali,bejana bertekanan, bejana iradiasi sistem pendingin,
Suhartono, dkk. ISSN 1410 - 8178 373
PROSIDING SEMINARPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR
Pusat Teknologi Akselerator don Proses BahanYogyakarta, 28 Agustus 2008
Pengertian Tegangan Dadal
Tegangan dadal (breakdown voltage)adalah suatu tegangan yang mampu menembuskekuatan dielektrikum isolator dari suatu bahan
isolatorllJ, sedangkan isolator tidak mampumenahan tegangan sehingga isolator dalam hal ini
feedthrough tidak dapat mempertahankan dayaisolatomya.
Apabila sebuah peralatan listrik dikenakantegangan tinggi yang dinaikkan terus menerus,maka pada suatu saat isolator alat tersebut akanmengalami pelepasan muatan (discharge). Dalamhal demikian, isolator tersebut mengalamikegagalan kekuatan dielektriknya. Kegagalan ini b.
c. Meter pengukur arus discharge atau tegangan dadal
Bahan dan alat yang digunakan
I. Bahan pengujian tegangan dadal antara lain:a. Feedthroughb. Plastik mika (prespan)c. Pralon untuk penyangga
2. Alat yang digunakan:a. Sumber tegangan tinggi Cockcroft Walton
350 kV/ 20 mA
Sistem Pengaman
menyebabkan hilangnya tegangan dan mengalimyaarus.
Hubungan pengujian bahan isolator jenispadat (resin) berdasar pada tegangan dadaldidetinisikan sebagai pelepasan tegangan(discharge) diantara dua buah elektrode, yaituelektrode feedthrough sebagai kutub negatip danbodi sebagai kutub positip (ground).
Sistem Pengamanan PeralatanTegangan Dadal
Jaminan keselamatan dan keamanan dari
suatu alat pengujian mutlak menjadi perhatian.Keamanan terhadap alat yang akan digunakanberkaitan dengan tegangan tinggi dan arus lucutanyang terjadi bila tercapai kondisi dadalnya bahanisolator yang di uji, maka bila itu terjadiberlangsung terus menerus tanpa ada upayapemutusan arus mengakibatkan sumber teganganpenguji akan mengalami beban lebih yang beresikorusak.
Untuk mengantisipasi hal tersebut di atasperlu dibuat rangkaian pengaman. Rangkaian sistempengaman ditunjukkan pada Gambar 2. Fungsi darirangkaian pengaman disini adalah agar dapatmemutus arus ke sistem alat pen8uji melalui relaidan kontaktor, dengan berdasarkan sinyal masukandari sensor arus lucutan. Rangkaian pengamandapat dibangun dengan menggunakan penguat opamp jenis pembanding tipe lC LM 311, tahanan,transitor, relai dan kontaktor. Dalam keadaannormal IC LM 311 keluaran bemilai positip,keluaran ini untuk memicu transitor dan relai
bekerja. Apabila teljadi keadaan breakdownvoltage, arus lucutan yang teljadi dikonversimenjadi tegangan melalui tahanan sensor sebagaiumpan balik. Tegangan tersebut sebagai masukanpembalik (inverting) IC tersebut sehingga lebihpositip, maka keluaran akan bemilai nol sehinggatidak dapat mengaktifkan transitor dan relaiakibatnya kontaktor yang menghubungkan supplaidaya dari jala-jala ke trafo anoda osilator tegangantinggi mati, akibatnya sumber tegangan tinggi jugaikut mati.
perisai radiasi dan kerangka sebagian telah selesaidibuat bahkan sudah pada tahap pengujian awal.Salah satu bagian utama yang terkait komponenMBE adalah sumber tegangan tinggi (SIT) untuksistem pemercepat, dimana SIT untuk dapatdiintegrasikan ke tabung pemercepat yang beradapada ruang bejana bertekanan diperlukan komponenpendukung, yaitu feedthrough. Feedthroughdigunakan untuk memasukkan terminal tegangandari luar menuju dalam suatu ruang kerja (sistem),ruang kerja tersebut dapat berupa ruang hampa,ruang bejana bertekanan maupun ruang normal.
Pembuatan feedthrough telah dapatdiselesaikan dan dikerjakan di Jat's Handicraft,Kotagede, Yogyakarta dengan menggunakan bahanlokal, yaitu campuran antara resin dengan hardnersebagai katalisator. Pemilihan menggunakan resintersebut, karena harganya murah, ada di pasaranlokal, mempunyai sifat dielektrikum tinggi kuat danmudah dibentuk. Feedthrough ini tersusun dari 2bagian, yaitu bodi sebagai isolator dari bahan resindan elektrode feedthrough menggunakan jenislogam tembaga. Secara tisik di dalam mediumtertentu atau jika mengalami tekanan, gerak ataupanas akan mengalami perubahan sifat, secaramekanik misalnya pecah, keropos atau lentur danperubahan sifat kelistrikan, perubahan tersebut yangmenyebabkan lemahnya sifat dielektrikum suatubahan bila dikenai beda tegangan. Pada Gambar 1ditunjukkan skema diagram pemasanganfeedthrough yang akan digunakan pada MBE lateks.Feedthrough tersebut bekerja pada ruangbertekanan dan daerah sumber tegangan tinggisehingga harus cukup aman, baik secara mekanikmaupun dari segi kelistrikannya. Oleh karena ituuntuk mengetahui permasalahan tersebut dilakukanpengujian terhadap feedthrough yang telah dibuatsebelum feedhtrough tersebut di itegrasikan padasistem tegangan tinggi.
DASAR TEORI
TAT A KERJA
Uji
374 ISSN 1410 - 8178 Suhartono, dkk.
PROSIDING SEMINARPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR
Pusat Teknologi Akselerator dan Proses BahanYogyakarta, 28 Agustus 2008
FeedthroughJosc
~50lT1200
210 14Q
~~300 t.V'lO ~
DAGRAM SUS'l'NAlli" ?mE
Suhartono, dkk.
Gambar 1. Diagram susunan MBE Lateks [2]
Gambar 2. Rangkaian sistem pengaman
ISSN 1410 - 8178 375
PROSIDING SEMINARPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR
Pusat Teknologi Akselerator don Proses BahanYogyakarta, 28 Agustus 2008
Gambar 3. Fotofeedthrough (tampak depan dan tampak atas)
Gambar 4. Diagramfeedthrough STT [2]
PENGUJIAN FEEDTHROUGH
Pada Gambar 3 adalah foto dari
feedthrough yang telah selesai dibuat. Feedthroughini merupakan hasil rancangan sendiri dibuat diJat's Handicraft, Kotagede, Yogyakarta, yangterdiri dari bodi dibuat dad bahan Isolator
menggunakan resin dan elektrode feedthrough daribahan logam tembaga.
Untuk mengetahui kemampuan sifatdielektrikum bahanfeedthrough tersebut, dilakukandengan cara memberi bed a potensian pada keduaelektrode. Sebagai sumber tegangan tinggi yangdigunakan untuk menguji adalah sumber tegangantinggi Cockroft Walton. Sifat bahan isolator itusangat dipengaruhi oleh kondisi lingkungan, olehkarena itu pengujian dilakukan di dalam ruangMBE yang telah memenuhi persyaratan,diantaranya terdapat kontrol suhu, meter pengukurkelembabam dan sistem proteksi sumber tegangantinggi.
Feedthrough diletakkan di atas penyanggadari bahan isolator menggunakan pipa pralon 0 12"setinggi 1,5 m, kabel terminal keluaran sumbertegangan tinggi (STT) dihubungkan ke elektrodefeedthrough, sedangkan bodi feedthroughdihubungkan seri dengan meter DC-flA kemudianke ground. Fungsi DC-flA ini adalah untukmengetahui arus discharge. Untuk menjangga agarSIT penguji tidak beresiko pada saat terjadi arusdischarge atau beban lebih yang disebabkan adanyaarus discharge terus menerus dipasang sistemproteksi arus lebih. Sumber tegangan diatur dandivariasi dari 0 kV sampai dengan tegangan 300 kVdengan interval tiap 25 kV sebagai fungsi arusdischarge. Adapun jenis pengujian yang dilakukanadalah:
I. Pengaruh perubahan tegangan terhadap arusbocor (discharge) pada suhu 22°C dan tingkatkelembabam udara 58% pada kondisi
feedthrough di udara.
376 ISSN 1410 - 8178 Suhartono, dkk.
PROSIDING SEMINARPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR
Pusat Teknologi Akselerator dan Proses BahanYogyakarta, 28 Agustus 2008
2. Pengaruh perubahan tegangan terhadap arusbocor (discharge) pada suhu 22°C dan tingkatkelembabam udara 58% pad a kondisi
feedthrough di isolasi.Pad a Gambar 5 ditunjukkan skema
pengujian tegangan dadal (breakdown voltage).
HV
Flange
Gambar 5. Skema pengujian tegangan dadal
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada Tabel I adalah hasil pengujianpengaruh perubahan tegangan dadal (breakdownvoltage) terhadap arus bocor pada suhu 22°C dantingkat kelembaban udara 58% pada kondisifeedthrough di udara.
Tabel I. Hasil pengujianfeedthrough di udara
Tegangan Arus bocorKeterangantinggi (kV) ( IlA)
0
0
25
0
50
0
75
0
100
0
125
0
150
0
175
0
180
0Discharze di udara200
Oi hentikan225
Oi hentikan
Dari Tabel I dapat dilihat selama tegangantinggi dinaikkan dari 0 kV sampai dengan ]75 kV
naik secara linier, artinya kemampuan sifatdielektrikum dari bahan terse but masih mampumenahan beda tegangan kerja yang diberikan. Padakondisi ini dipertahankan beberapa saat,dimungkinkan bila terjadi korona atau yang lainkurang lebih 15 menit belum menunjukkan adanyagejala itu, tegangan tinggi kemudian dinaikkan lagidan ketika mencapai tegangan 180 kV mendadakterjadi discharge. Tegangan tinggi mengalami aruslebih menycbabkan sensor sistem proteksi riset,sehingga sumber tegangan tinggi mati. Pada saatpengamatan DC-IlA, sekala meter sarna sekali tidakbergerak dan tetap pada posisi nol. Hal tersebutmenunjukkan bahwa terjadi discharge melaluiudara, bisa karena pengaruh lingkungan yanglembab atau permukaanfeedthrough yang tidak rataakan mudah sekali memicu terjadinya discharge.Bila sifat dielektrikum suatu bahan dadal sebelum
tegangan yang diberikan sampai batas maksimal,biasanya ditandai percikan muatan yang pelansekali dan pada meter ada kejutan jarum yangkontinyu, sehingga dari peristiwa tersebut bisadiyakinkan terjadi discharge melalui udara.
Pada Tabel 2 ditunjukkan hasil pengujianpengaruh perubahan tegangan dadal (breakdownvoltage) terhadap arus bocor pada suhu udara 22°Cdan tingkat kelembaban udara 58% pada kondisifeedthrough diberi pelindung (shielding).
Tabel 2. Hasil pengujian feedthrough diberipelindung (shielding)
Tegangan Arus bocorKeterangantinggi ck V) (uA)
0
0
25
0
50
0
75
0
100
0
125
0
150
0
175
0
180
0
200
0Ter:jadi korona225
0Teriadi korona250
0Terjadi korona275
0Terjadi korona300
0Terjadi korona
Pada pengujian selanjutnya feedthroughdilengkapi dengan pelindung (shielding)menggunakan isolator dari plastik mika tebal 0,2mm digulung dimasukkan pacta keluaran terminal
Suhartono, dkk. ISSN 1410 - 8178 377
PROSIDING SEMINAR
PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR
Pusat Teknologi Akselerator don Proses BahanYogyakarta, 28 Agustus 2008
Kabel terisolui tegang:an tinggi
330
410
Gambar 6. Skema hubungan antar feedthrough [2]
elektrode feedthrough dan dibuat seperti pada saatpemasangan pada sumber tegangan tinggi MBE.Dari Tabel 2 dapat dilihat bahwa perlakuanpengaturan untuk menaikkan tegangan adalah sarnadengan pengujian pertama, tegangan tinggidinaikkan dengan interval 25 kY mulai dari 0 kYsampai dengan 300 kY. Perlakuan pengaturantegangan mulai dari 175, 180, 200, 225, 250, 275dan 300 kY masing-masing dipertahankan beberapasaat untuk mengetahui bila terjadi discharge. Daritegangan 0 kY sampai dengan 175 kY tegangancukup linier, tegangan terus diperbesar dan ketikamencapai 200 kY terdengar suara desah kecil,tegangan diperbesar lagi sampai 300 kY temyatasuara desah semakin besar sebanding dengannaiknya tegangan, tetapi tidak sampai menyebabkantegangan dadal. Suara desah ini merupakan lucutanmuatan yang terjadi di sekeliling bahan isolatortersebut, tetapi tidak mampu menembus sampaiterjadi discharge. Hal ini menunjukkan bahwa sifatdielektrikum dari bahan resin yang digunakandalam pembuatan feedthrough mampu menahanbed a potensial tegangan kerja 300 kY (tegangankerja MBE 300 keY/20 mA) pada kondisi suhuudara 22°e dan tingkat kelembaban udara 58%.
Dalam rancangan pemasangan feedthroughpada sumber tegangan tinggi (SIT), antara
feedthrough satu dengan feedthrough yang lainkarena bekerja di daerah tegangan tinggi, kabelyang digunakan dipilih yang isolasinya tahanterhadap tegangan tinggi dan bagian sisi luar masihditutup menggunakan pipa dari karet silicon,sehingga akan memperkecil adanya korona maupun
discharge. Sedangkan skema hubungan antarfeedthrough tersebut dapat dil~hat pada Gambar 6.
KESIMPULAN
Dari hasil pengujian tegangan dadal padafeedthrough sumber tegangan tinggi mesin berkaselektron (MBE) 300 keY/ 20 mA menunjukkanbahwafeedthrough yang diletakan di udara terbuka,terjadi tegangan dadal (breakdown voltage) pad a180 kY, suhu udara 22°e dan tingkat kelembabanudara 58%. Sedangkan untuk feedthrough yangdilengkapi dengan pelindung (shieding) dari plastikmika, pada kondisi tegangan hingga 300 kY tidakterjadi tegangan dadal. Hal tersebut menunjukkanbahwa sifat dielektrikum dari bahan resin yangdigunakan dalam pembuatan feedthrough mampumenahan beda potensial tegangan kerja 300 kY(tegangan kcrja MBE 300 keY/20 mA). Dari haltersebut dapat diartikan bahwa feedthrough yangtelah dibuat dapat digunakan sebagai mediapenghubung di daerah tegangan tinggi.
UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan terima kasih kami sampaikankepada Bapak Djasiman, ST dan Saefurochman, STyang telah membantu memberikan masukansehingga tugas dalam pengujian feedthrough inidapat diselesaikan.
DAFT AR PUST AKA
1. RUDI FITRIADI, SUT ARDI, "RancangBangun Alat Uji Tegangan Dadal Untuk Media
318 ISSN 1410 - 8178 Suhartono, dkk.
PROSIDING SEMINARPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR
Pusot Teknologi Akselerotor don Proses BahanYogyakarta, 28 Agustus 2008
Dielektrikum Zat Cair", Skripsi STTN-BATANYogyakarta, 2006.
2. SAEFURROCHMAN, "Rancang BangunFeedthrough Tegangan Tinggi Untuk MBELateks 300 keY/ 20 mA", Laporan TeknisBTAFN, Yogyakarta, 2007.
TANYA JAWAB
Tundjung~ Mengapa pada pengujian feedthrough di suhu 22
DC?
Suhartono
~ Untuk memenuhi persyaratan yang teiahditetapkan agar tegangan tinggi tidak mudahdischarge, yaitu antara suhu 200e sampaidengan 25°e, di atas suhu tersebut teganganmudah discharge. Sebagai acuan bahwategangan dadal di udara pada suhu 200e