Tembus pada Gas
Isolasi memiliki peranan yang sangat penting dalam sistem tenaga listrik. Isolasi sangat diperlukan untuk memisahkan dua atau lebih penghantar listrik yang bertegangan sehingga antara penghantar- penghantar tersebut tidak terjadi lompatan listrik atau percikan. Bahan isolasi akan mengalami pelepasan muatan yang merupakan bentuk kegagalan listrik apabila tegangan yang diterapkan melampaui kekuatan isolasinya. Kegagalan yang terjadi pada saat peralatan sedang beroperasi bisa menyebabkan kerusakan alat sehingga kontinuitas sistem terganggu.
Udara merupakan bahan isolasi yang banyakdigunakan pada peralatan tegangan tinggi misalnya pada arrester sela batang yang terpasang di saluran transmisi, selain itu udara juga digunakan sebagai media peredam busur api pada pemutus tenaga (CB = Circuit Breaker). Sementara bahan isolasi cair banyak digunakan sebagai isolasi dan pendingin pada trafo karena memiliki kekuatan isolasi lebih tinggi.
Hasil pengujian menunjukkan bahwa nilai tegangan tembus yang terjadi pada media isolasi udara dan minyak cenderung meningkat seiring pertambahan jarak sela. Selain itu juga dilakukan pengujian pada minyak bekas dan minyak baru. Hasil pengujian menunjukkan tegangan tembus pada minyak baru lebih tinggi daripada minyak bekas dan tegangan tembus isolasi udara lebih kecil daripada tegangan tembus minyak.
Mekanisme Tembus pada gas
Berdasarkan teori yang terdapat pada hukum Paschen disimpukan bahwa besar tegangan tembus akan semakin meningkat ketika tekanan gas dinaikkan. Hal ini disebabkan karena tekanan gaas yang semakin tinggi mengakibatkan rapatnya molekul udara sehingga elektron membutuhkan energi yang lebih besar untuk bergerak.
Mekanisme Tembus Townsend
Mekanisme Townsend menjelaskan tentang fenomena tembus hanya pada tekanan rendah dan jarak sela yang kecil (ps <=10barmm)dengan medan homogen. Mekanisme Townsend menyatakan dua hal penting yang menjadi dasar teorinya yaitu proses primer(memmungkinkan proses terjadinya proses banjiran elektron) dan proses sekunder (memungkinkan terjadinya proses sekunder (memungkinkan terjadinya peningkatan banjiran elektron.
Proses primer
Proses primer merupakan terjadinya proses ionisasi. Karena radiasi ekternal (sinr ultra violet) elektron akan dibebaskan dari katoda. Elektroda ini akan dipercepat olehh medan menuju anoda dengan suatu gaya sebesateE, dan energi yang diberikan adalah sebagai berikut.
W=eEx=1/2mv2
W= enegi(joule)
e= muatan elektron (1,6×10-19C )
E=intensitas medan
m= masa elektron (gram)
v = kecepatan elektron (m/s)
x= jarak pengarah elektron(m)
Dalam pergerakannya menuju anode, elektron akan menumbuk molekul gas dan menghasilkan ion-ion positif dan elektron bebas baru. Elektron bebas baru ini akan membentuk banjiran elektron primer yang bergerak menuju anode sebagai arus listrik.
Proses Sekunder
Ion positif hasil ionisasi akan bergerak menuju katodedan dipercepat oleh medan listrik. Ketika ion positif menumbuk katode maka elektron akan dibebaskan ke luar permukaan katode dan terjadi penambahan elektron yang akan membentuk banjran muatan ruang yang lama kelamaan menjembatani terjadinya kanal peluahan antara anode-katode pada sela elektroda, sehingga terjadi tembus total.
Kurva Paschen
Kurva Paschen menggambarkan karakterristik tembus pada gas. Pada umunya kurva Paschen dibagi menjadi tida daerah yang pertama merupakan karakteristik tembus gas pada keadaan vakum. Pada kondisi ini diperlukan tegangan tembus yang sangat tinggi karena gas pada keadaan vakum sehingga memerlukan energi yang lebih untuk memicu terjadianya peluahan muatan listrik. Pada daerah kedua merupakan daerah terjadinya tembus Townsend pada tekanan rendah dan jarak sela yang kecil (ps<=10 barmm) dengan medan homogen. Pada daerah ketiga merupakan derah terjadinya tembus Streamer. Pada kondisi ini molekul gas semakin padat dan menekan ke segala arah sehingga elekton untuk dapat bergerak membutuhkan energi yang besar.
Sumber:
E. Kuffel
Dean Emeritus,High Voltage Engineering Fundamentals Second edition,University of Manitoba, Winnipeg, Canada
Fakultas Teknik Elektro. Modul Praktikum Tegangan Tinggi.
Abdul Syakur, Mochammad Facta.2005.PERBANDINGAN TEGANGAN TEMBUS MEDIA ISOLASI UDARA DAN MEDIA ISOLASI MINYAK TRAFO MENGGUNAKAN ELEKTRODA BIDANG-BIDANG.Jurusan Teknik Elektro, F.T., Universitas Diponegoro