PENGARUH KENAIKAN TEMPERATUR TERHADAP TEGANGAN TEMBUS UDARA PADA ELEKTRODA BOLA TERPOLUSI ASAM

Transkripsi

1 SINGUDA ENSIKOM VOL. NO. /Maret PENGARUH KENAIKAN TEMPERATUR TERHADAP TEGANGAN TEMBUS UDARA PADA ELEKTRODA BOLA TERPOLUSI ASAM Christian Daniel Simanjuntak, Syahrawardi Konsentrasi Teknik Energi Listrik, Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara (USU) Jl. Almamater, Kampus USU Medan INDONESIA simanjuntakdanielchrist@yahoo.co.id Abstrak Peralatan listrik yang memerlukan udara sebagai bahan isolasinya banyak dijumpai pada daerah padat industri. Peralatan listrik ini tidak jauh dari kemungkinan terjadinya peristiwa korosi yang disebabkan oleh polusi seperti hujan asam di sekitar daerah tersebut. Peristiwa korosi ini akan menyebabkan perubahan bentuk peralatan listrik yang akan berpengaruh pada distribusi medan listriknya. Dimana distribusi medan listrik pada peralatan tersebut tidak hanya dipengaruhi oleh korosi tetapi juga dipengaruhi oleh kondisi temperatur di sekitar peralatan listrik. Pengujian dilakukan dengan cara melakukan percobaan pada tegangan tembus udara di antara sela elektroda bola dalam kondisi tidak terpolusi atau dalam keadaan normal dan temperatur dinaikan di sekitar elektroda bola. Kemudian percobaan berikutnya dilakukan pada elektroda bola yang telah terpolusi asam, dengan jarak sela yang berbeda. Elektroda yang digunakan berdiameter cm dan cm, serta asam yang digunakan adalah asam Nitrat (HNO ). Dari hasil pengujian didapatkan bahwa terjadi penurunan tegangan tembus udara akibat dari kenaikan temperatur disekitar elektroda bola-bola dan polusi yang terdapat pada elektroda tersebut, besarnya persentase penurunan tegangan tembus pada berbagai sela sebesar 8, % Kata Kunci : Tegangan tembus udara, Pengaruh temperatur, dan polusi zat asam.. Pendahuluan Udara merupakan isolasi yang banyak digunakan untuk mengisolasi peralatan tegangan tinggi karena biaya lebih murah. Isolasi digunakan untuk memisahkan dua atau lebih penghantar listrik yang bertegangan sehingga tidak terjadi tembus listrik. Namun dalam kenyataan, udara sesungguhnya terdiri dari molekul yang sebagian kecil di dalamnya terdapat ion dan elektron yang mengakibatkan udara mengalirkan arus. Kejadian ini bisa dipengaruhi oleh bentuk permukaan yang disebabkan oleh polutan dan temperatur yang semakin tinggi menyebabkan molekul memperoleh energi yang dapat mempercepat pergerakan elektron di udara. Sehingga menurunkan fungsi udara sebagai bahan isolasi, hal ini ditunjukan oleh terjadinya tegangan tembus pada peralatan listrik. Misalnya apabila peralatan listrik yang berada di daerah padat industri, kemungkinan akan terpolusi dan suhu disekitarnya semakin tinggi maka akan lebih cepat terjadi tegangan tembusnya. Dalam hal ini, fungsi udara sebagai isolasi akan berkurang sehingga perlu dilakukan pengujian untuk memberikan solusi untuk mengatasinya atau mengurangi terjadinya tegangan tembus. Pengujian ini dilakukan pada elektroda bola yang telah terpolusi asam nitrat dengan lama waktu yang berbeda dan dibandingkan dengan keadaan normal atau tidak terpolusi dengan masing-masing elektroda bola dinaikkan temperaturnya setiap C mulai dari suhu C sampai dengan suhu C []. Dari hasil pengujian ini, diketahui pengaruh kenaikan temperatur terhadap elektroda bola apabila elektrodanya terpolusi. Dengan mengetahui karakteristik tegangan tembus yang dihasilkan, maka dapat diketahui seberapa besar kemampuan udara untuk tetap mengisolasi elektroda bola apabila telah terpolusi dan suhu udaranya tinggi. Sehingga hasilnya bisa digunakan untuk memberikan solusi dalam mengurangi tegangan tembusnya apabila hal itu terjadi pada peralatan listrik.. Elektroda Bola Elektroda bola umumnya terbuat dari bahan tembaga, kuningan atau alumunium. Permukaannya harus halus dan kelengkungannya seragam (uniform). Pengukuran tegangan tinggi dengan elektroda bola pada kenyataannya dipengaruhi beberapa hal, salah satunya adalah keadaan udara. Elektroda bola standar terdiri dari dua elektroda copyright DTE FT USU

2 SINGUDA ENSIKOM VOL. NO. /Maret bola yang disusun satu sumbu dan jarak kedua elektroda dapat diatur. Udara yang mengisolasi kedua elektroda disebut sela bola. Udara yang terdapat diantara sela bola dalam kondisi standar jika temperaturnya C, tekananan mmhg dan kelembaban nya mutlak g/m. Pada kondisi udara standar ini, sela bola akan mengalami tembus listrik pada suatu nilai tegangan tetap dan sudah diketahui, asalkan medan elektrik pada sela bola uniform []. Syarat-syarat agar medan elektrik pada sela bola uniform adalah :. Diameter bola sama.. Letak kedua elektroda harus satu sumbu.. Panjang sela tidak lebih dari setengah diameter bola.. Titik percikan elektroda bola bertegangan tinggi harus memiliki jarak bebas (clearance)[]. Susunan elektroda bola pada umumnya horizontal dan vertikal seperti pada Gambar dan Gambar. D Gambar. Susunan Horizontal S setiap titik tidak serba sama atau non uniform. Ini disebabkan adanya bagian yang runcing di salah satu atau beberapa titik pada elektroda bola. Sehingga distribusi medan magnet antara bahagian yang runcing dengan yang rata tidaklah sama []. Gambar. Distribusi medan listrik diantara dua elektroda bola dengan permukaan yang tidak rata. Jika temperatur udara mengalami kenaikan, maka molekul-molekul udara akan bersikulasi dengan kecepatan tinggi sehingga terjadi benturan antar molekul dengan molekul. Jika temperatur semakin tinggi, maka kecepatan molekul semakin tinggi. Sehingga benturan antar molekul semakin keras dan dapat membuat terlepasnya elektron dari molekul netral. Terlepasnya elektron dari molekul netral menyebabkan banyaknya elektron-elektron bebas diudara. Banyaknya elektron diudara akan memungkinkan terjadinya tembus listrik pada udara tersebut. Peristiwa terlepasnya elektron dapat dilihat pada Gambar. D S Gambar.Susunan Vertikal Penyebab terjadinya penurunan tegangan tembus diantaranya distribusi medan listrik pada permukaan elektroda bola dan pengaruh temperature disekitar elektroda bola. Distribusi medan listrik pada dua elektroda bola dengan permukaan yang rata dapat dilihat pada Gambar. Gambar. Distribusi medan listrik diantara dua elektroda bola dengan permukaan yang rata.[] Gambar. Peristiwa terlepasnya elektron dari molekul netral akibat kenaikan temperatur [].. Metodologi Penelitian Rangkaian pengujian pengaruh kenaikan temperatur terhadap tegangan tembus udara pada elektroda bola terpolusi asam terdiri dari autotrafo, trafo uji, saklar utama, saklar sekunder, tahanan peredam, tegangan masukan seperti ditunjukkan pada Gambar. Rp Pada Gambar terlihat bahwa distribusi medan E B S S listrik di setiap titik adalah sama atau uniform. E B Lamp Dengan permukaan yang halus atau sama maka V Vin V medan listrik disekitar elektroda bola juga sama, sehingga tidak ada gaya yang mendorong pergerakan elektron terlepas dari molekulnya. Pada Gambar terlihat bahwa distribusi medan listrik di Gambar. Rangkaian Penelitian copyright DTE FT USU 8 AT TU V

3 SINGUDA ENSIKOM VOL. NO. /Maret Penelitian ini dilakukan dengan cara melakukan pengukuran data dengan percobaan kemudian analisis data.. Metode Eksperimen Uji coba dilakukan dengan cara, yaitu : a) Percobaan pengaruh kenaikan temperatur terhadap tegangan tembus pada elektroda bola. Pada percobaan ini elektroda bola tidak terpolusi dengan larutan asam Nitrat, percobaan ini hanya mengukur pengaruh besarnya kenaikan temperatur terhadap tegangan tembus. b) Percobaan pengaruh kenaikan temperatur terhadap tegangan tembus pada elektroda bola yang sudah terpolusi asam. Pada percobaan ini elektroda bola sudah terpolusi asam Nitrat dengan kadar keasaman yang sudah ditetapkan pada percobaan, setelah itu dilihat pengaruh kenaikan temperaturnya terhadap tegangan tembusnya.. Metode Analisis Setelah melakukan pengukuran selanjutnya dilakukan analisa untuk menetukan pengaruh kenaikan temperatur terhadap tegangan tembus udara, dan membandingkan hasil antara elektroda bola yang tidak terpolusi asam dengan elektroda bola yang sudah terpolusi asam.. Hasil dan Analisis..Hasil percobaan untuk elektroda bola berdiameter Cm. cm, tekanan (P) :, mmhg, dengan jarak sela cm dalam keadan normal dapat dilihat pada Tabel. Dimana : V A : Nilai Tegangan Tembus udara pada Elektroda bola dalam kondisi normal. V B : Nilai Tegangan Tembus udara pada Elektroda bola dalam kondisi terpolusi Hari ke-. V C : Nilai Tegangan Tembus udara pada Elektroda bola dalam kondisi terpolusi Hari ke-. V D : Nilai Tegangan Tembus udara pada Elektroda bola dalam kondisi terpolusi Hari ke-. Tabel. Nilai Rata-Rata Tegangan Tembus Pada Jarak Sela cm pada Elektroda bola-bola berdiameter cm. C C C C C C C Dari Tabel, grafik perbandingan penurunan keadaan terpolusi untuk diameter bola cm dengan jarak sela cm untuk suhu C - C ditampilkan pada Gambar. persentase penurunan tegangan tembus (%) Elektroda bola berdiameter cm dengan jarak sela cm Terpolusi hari ke- Terpolusi hari ke- Terpolusi hari ke- 8 8 perubahan temperatur ( C) Gambar. Grafik perbandingan persentase normal dengan terpolusi pada elektroda bolaberdiameter cm dengan jarak sela cm. Persentase penurunan tegangan tembus yang diperoleh untuk setiap kenaikan suhu C dari suhu C - C dalam keadaan normal sebesar.8%, sedangkan terpolusi hari ke-.99%, dalam kondisi terpolusi hari ke- sebesar.% dan terpolusi hari ke- sebesar.9%. Hasil tersebut diperoleh dari rata-rata tegangan tembus pada masing-masing kondisi yang ditunjukkan pada Tabel. Berdasarkan hasil persentase, diketahui bahwa elektroda dalam keadaan normal dengan temperatur dari C sampai dengan C lebih rendah dibandingkan dengan ketika elektroda dalam keadaan terpolusi dan apabila elektrodanya telah terpolusi dalam waktu yang lebih lama akan mempengaruhi persentase penurunan tegangan tembus menjadi lebih besar. cm, tekanan (P) :, mmhg, dengan jarak sela, cm dalam keadan normal dapat dilihat pada Tabel. Tabel.Nilai Rata-Rata Tegangan Tembus Pada Jarak Sela. cm pada Elektroda bola-bola berdiameter cm. V A V B V C V D C C C C C C C Dari Tabel, grafik perbandingan penurunan keadaan terpolusi untuk diameter bola cm copyright DTE FT USU 9

4 SINGUDA ENSIKOM VOL. NO. /Maret dengan jarak sela, cm untuk suhu C - C ditampilkan pada Gambar. Elektroda bola berdiameter cm dengan jarak sela cm 8 Elektroda bola berdiameter cm dengan jarak sela. cm Terpolusi hari ke- Terpolusi hari ke- Terpolusi hari ke- Terpolusi hari ke- Terpolusi hari ke- Terpolusi hari ke- 8 8 Gambar Grafik perbandingan persentase berdiameter cm dengan jarak sela. cm. Persentase penurunan tegangan tembus diperoleh dari rata-rata pada masing-masing kondisi yang ditunjukkan pada Tabel untuk setiap kenaikan suhu C yaitu dari suhu C - C dalam keadaan normal, diperoleh persentase penurunan tegangan tembus sebesar.8%. Sedangkan dalam terpolusi hari ke- dari suhu C - C sebesar.%, dalam kondisi terpolusi hari ke- dari suhu C - C sebesar.% dan dalam kondisi terpolusi hari ke- dari suhu C - C sebesar.%. cm, tekanan (P) :, mmhg, dengan jarak sela cm dalam keadan normal dapat dilihat pada Tabel. Tabel Nilai Rata-Rata Tegangan Tembus Pada Jarak Sela cm pada Elektroda bola-bola berdiameter cm. C C C C C C....9 C Dari rata-rata penurunan tegangan tembus diperoleh hasil untuk setiap kenaikan suhu C yaitu dari suhu C - C dalam keadaan normal, persentasi penurunan tegangan tembus sebesar.% sedangkan dalam terpolusi hari ke- dari suhu C - C sebesar.%, dalam kondisi terpolusi hari ke- dari suhu C - C sebesar.% dan dalam kondisi terpolusi hari ke- dari suhu C - C sebesar.%. Kenaikan temperatur pada elektroda bola yang terpolusi semakin lama akan mempengaruhi persentase penurunan tegangan tembusnya. cm, tekanan (P) :, mmhg, dengan jarak sela, cm dalam keadan normal dapat dilihat pada Tabel. Tabel Nilai Rata-Rata Tegangan Tembus Pada Jarak Sela. cm pada Elektroda bola-bola berdiameter cm. C C C C C.... C C..8.. Dari Tabel, grafik perbandingan penurunan keadaan terpolusi untuk diameter bola cm dengan jarak sela, cm untuk suhu C - C ditampilkan pada Gambar 9. Dari Tabel, grafik perbandingan penurunan keadaan terpolusi untuk diameter bola cm dengan jarak sela cm untuk suhu C - C ditampilkan pada Gambar 8. penurunantegangan(%).... Elektroda bola berdiameter cm dengan jarak sela. cm Gambar 8. Grafik perbandingan persentase berdiameter cm dengan jarak sela cm Gambar 9 Grafik perbandingan persentase berdiameter cm dengan jarak sela. cm. copyright DTE FT USU

5 SINGUDA ENSIKOM VOL. NO. /Maret Dari percobaan diperoleh hasil untuk setiap kenaikan suhu C yaitu dari suhu C- C dalam keadaan normal, persentasi penurunan tegangan tembus sebesar.9%, kondisi terpolusi hari ke- dari suhu C - C sebesar.%, dalam kondisi terpolusi hari ke- dari suhu C - C sebesar.% dan dalam kondisi terpolusi hari ke- dari suhu C- C sebesar.9%. Hasil tersebut diperoleh dari rata-rata tegangan tembus pada masing-masing kondisi yang ditunjukkan pada Tabel.. Hasil percobaan untuk elektroda bola berdiameter Cm. cm, tekanan (P) :, mmhg, dengan jarak sela cm dalam keadan normal dapat dilihat pada Tabel. Tabel. Nilai Rata-Rata Tegangan Tembus Pada Jarak Sela cm pada Elektroda bola-bola berdiameter cm. C C.9... C C C....8 C...8. C Dari Tabel, grafik perbandingan penurunan keadaan terpolusi untuk diameter bola cm dengan jarak sela cm untuk suhu C - C ditampilkan pada Gambar. 9 8 Elektroda bola berdiameter cm dengan jarak sela cm Terpolusi hari ke- Terpolusi hari ke- Terpolusi hari ke Gambar. Grafik perbandingan persentase berdiameter cm dengan jarak sela cm. Dari rata-rata penurunan tegangan tembus pada Tabel, untuk setiap kenaikan suhu C yaitu dari suhu C - C diperoleh hasil.% dalam keadaan normal, Sedangkan dalam terpolusi hari ke- sebesar.8%, dan.% untuk kondisi terpolusi hari ke-, kondisi terpolusi hari ke- dari suhu C - C sebesar.8%. Berdasarkan hasil persentase, diketahui bahwa elektroda dalam keadaan normal dengan temperatur dari C sampai dengan C lebih rendah dibandingkan dengan ketika elektroda dalam keadaan terpolusi dan diketahui juga bahwa apabila elektrodanya telah terpolusi dalam waktu yang lebih lama. cm, tekanan (P) :, mmhg, dengan jarak sela, cm dalam keadan normal dapat dilihat pada Tabel. Tabel.Nilai Rata-Rata Tegangan Tembus Pada Jarak Sela. cm pada Elektroda bola-bola berdiameter cm. C C...9. C..9.. C C.... C C....8 Dari Tabel, grafik perbandingan penurunan keadaan terpolusi untuk diameter bola cm dengan jarak sela, cm untuk suhu C - C ditampilkan pada Gambar. 8 Elektroda bola dengan diameter cm dengan jarak sela. cm Terpolusi ke- Terpolusi ke- Terpolusi ke Gambar Grafik perbandingan persentase berdiameter cm dengan jarak sela. cm. Dari rata-rata persentase penurunan tegangan tembus untuk masing masing keadaan yaitu normal, terpolusi hari ke-, terpolusi hari ke-, terpolusi hari ke- adalah.8%,.88%,.9%,.8%. cm, tekanan (P) :, mmhg, dengan jarak copyright DTE FT USU

6 SINGUDA ENSIKOM VOL. NO. /Maret sela cm dalam keadan normal dapat dilihat pada Tabel. Tabel Nilai Rata-Rata Tegangan Tembus Pada Jarak Sela cm pada Elektroda bola-bola berdiameter cm. V A V B V C V D C C...8. C....8 C C..9.. C C Dari Tabel, grafik perbandingan penurunan keadaan terpolusi untuk diameter bola cm dengan jarak sela cm untuk suhu C - C ditampilkan pada Gambar. Elektroda bola berdiameter cm dengan jarak sela cm Terpolusi hari ke- Terpolusi hari ke- Terpolusi hari ke Gambar Grafik perbandingan persentase berdiameter cm dengan jarak sela cm. Rata-rata persentase penurunan tegangan tembus adalah.%.%,.% dan.% pada masing-masing kondisi. Berdasarkan hasil keseluruhan dari pengujian diketahui bahwa kenaikan temperatur pada elektroda bola yang terpolusi semakin lama akan mempengaruhi persentase penurunan tegangan tembusnya.. Kesimpulan tembus sebesar. %, saat kondisi hari pertama setelah terpolusi sebesar 9. %, pada saat hari ke- setelah terpolusi sebesar.9 %, dan pada saat hari ke- setelah terpolusi sebesar, %.. Pada Elektroda bola berdiameter cm saat kondisi normal, kenaikan temperatur menyebabkan penurunan persentase tegangan tembus sebesar. %, saat kondisi hari pertama setelah terpolusi sebesar 8. %, pada saat hari ke- setelah terpolusi sebesar.8 %, dan pada saat hari ke- setelah terpolusi sebesar, %.. Fungsi V = tidak bisa digunakan pada saat permukaan elektroda bola tidak rata, tetapi untuk mencari fungsi pendekatan persentase penurunan tegangan tembus dapat menggunakan matlab seperti yang tertera pada lampiran B.. Kenaikan temperatur akan mempercepat penurunan tegangan tembus, dikarenakan proses temperatur akan membuat molekul diudara bergerak cepat dan saling bertabrakan dan membuat elektron bebas banyak di udara dan membuat semakin cepat tegangan tembusnya. Referensi [] Tobing, Bonggas.L, Dasar Pengujian Tegangan Tinggi Jakarta : Gramedia Pustaka Utama,. [] Arismunandar,A., Teknik Tegangan Tinggi, Pradnya Paramita,Jakarta,98. [] Dieter K & Herman K., High-Voltage Insulation Technology, Frieder, Vieweg & Shon, Braunschweig. [] Zebua, Oktafianus, Pengaruh Ketinggian Alat Ukur Elektroda Bola-Bola Di Atas Permukaan Tanah Terhadap Kesalahan Pengukuran diunduh dari Resipository USU.ac.id, 9. [] Wilvian, Pengaruh Kelembaban Terhadap Tegangan Flashover Ac Isolator diunduh dari Resipository USU.ac.id, 8. [] Boy, Pengenalan Korosi dan Penyebab Penyebab Korosi rdpress.com////pengenalan-korosidan-penyebab-penyebab-korosi-part-/,. Berdasarkan hasil perhitungan dan analisis dapat disimpulkan bahwa:. Pada Elektroda bola berdiameter cm saat kondisi normal, kenaikan temperatur menyebabkan penurunan persentase tegangan copyright DTE FT USU