Breakdown in Liquid Dielectrics

3.1. CAIRAN SEBAGAI ISOLATOR

Cairan dielektrik, karena sifatnya yang melekat, muncul anggapan bahwa cairan

dielektrik akan lebih berguna sebagai bahan isolasi daripada zat padat atau gas.Ini

karena keduanya, cairan dan zat padat biasanya 103 kali lebih padat daripada gas,

hukum Paschen menjelaskan bahwa cairan dielektrik memiliki kekuatan dielektrik yang

lebih tinggi dari urutan 107 V / cm. Juga, cairan, seperti gas, mengisi volume untuk

diisolasi dan bersamaan akan menghilangkan panas secara konveksi. Minyak 10 kali

lebih efisien daripada udara atau nitrogen dalam kemampuan mentransfer panas ketika

digunakan dalam transformer. Meskipun cairan dielektrik dikatakan dapat memberikan

kekuatan dielektrik yang sangat tinggi dari urutan 10 MV / cm, dalam prakteknya

kekuatan yang diperoleh hanya dari urutan 100 kV / cm.

Cairan dielektrik terutama digunakan dalam kabel tegangan tinggi dan kapasitor,

dan untuk mengisi transformator, pemutus sirkuit dll. Cairan dielektrik juga bertindak

sebagai agen perpindahan panas di transformer dan sebagai media pendinginan

pancaran api di sirkuit pemutus. Minyak petroleum (minyak Transformer) merupakan

cairan dielektrik yang paling sering digunakan. Hidrokarbon sintetis dan hidrokarbon

terhalogenasi juga digunakan untuk aplikasi tertentu. Untuk temperatur yang sangat

tinggi, minyak silikon dan hidrokarbon terfluorinasi juga digunakan. Belakangan ini,

minyak nabati tertentu dan ester juga sedang dalam penelitian. Namun, dapat

disebutkan bahwa beberapa isomer dari diphenyls poli-diklorinasi (umumnya disebut

askerels) telah diketahui sangat beracun, dan karenanya, penggunaannya telah

diberhentikan. Dalam beberapa tahun terakhir, cairan ester sintetis dengan nama 'midel'

telah dikembangkan sebagai pengganti askerels.

Cairan dielektrik biasanya adalah campuran dari hidrokarbon dan sukar terpolarisasi.

Bila digunakan untuk tujuan insulasi listrik mereka harus dijauhkan dari tempat yang

lembab, produk hasil oksidasi dan kontaminan lainnya. Faktor yang paling penting yang

mempengaruhi kekuatan listrik dari minyak isolasi adalah keberadaan air dalam bentuk

tetesan halus tersuspensi dalam minyak. Kehadiran 0,01% air di minyak transformator

dapat mengurangi kekuatan listrik untuk 20% dari nilai minyak kering. Kekuatan

dielektrik dari minyak turun lebih tajam, jika mengandung kotoran dibanding air. Tabel

3.1 menunjukkan sifat dari beberapa dielektrik yang umum digunakan dalam peralatan

listrik.

Dari cairan isolasi ditunjukkan dalam tabel 3.1 » tranformator minyak adalah

yang termurah dan yang paling umum digunakan. Sifat listrik sari tranformator minyak

terdapat pada tabel diatas. Minyak yang digunakan dalam kapasitor mirip dengan

minyak transformator tetapi mereka mengalami tingkat pemurnian yang sangat tinggi.

Berbagai macam minyak yang digunakan dalam kabel sebagai impregnants untuk isolasi

kertas dan untuk meningkatkan kemampuan transfer panas mereka. Tabel 3.1

memberikan sifat dielektrik dari dielektrik berbagai cairan yang digunakan dalam kabel,

kapasitor dan aplikasi khusus lainnya. Dalam prakteknya, pilihan dielektrik cair untuk

aplikasi tertentu dibuat terutama atas dasar stabilitas kimia. Faktor-faktor lain seperti

penghematan ruang, biaya, penggunaan sebelumnya, dan kerentanan terhadap

pengaruh lingkungan juga dipertimbangkan.

3.1.1 Minyak Transformer.

Seperti yang telah disebutkan, minyak transformator adalah dielektrik cair yang

paling sering digunakan pada peralatan daya. Minyak transformer adalah cairan yang

hampir tak berwarna yang terdiri dari campuran hidrokarbon Yang meliputi parafin, iso-

parafin, naftalena dan aromatik. ketika dalam pemakaian, cairan dalam trafo terkena

pemanasan berkepanjangan pada suhu tinggi sekitar 950C, dan akibatnya mengalami

proses penuaan secara bertahap. Dengan berjalannya Waktu minyak menjadi lebih

gelap karena pembentukan asam dan resin, atau lumpur pada cairan. Beberapa asam

bersifat korosif terhadap bahan isolasi padat dan bagian logam dalam transformator.

Endapan lumpur pada inti transformator, pada kumparan dan di dalam saluran minyak

mengurangi sirkulasi minyak panas dan dengan demikian kemampuan transfer akan

berkurang.

3.1.2 Sifat Kelistrikan

sifat listrik yang sangat penting dalam menentukan kinerja dielektrik dari

dielektrik cair adalah :

(A) kapasitansi per satuan volume atau permitivitas relatifnya

(B) resistivitas

(C) hilangnya tangen nya (tan gama) atau faktor daya yang merupakan indikasi

kehilangan daya pada tegangan a.c

(D) kemampuan untuk menahan tegangan listrik yang tinggi.

Permitivitas dari sebagian besar minyak petroleum bervariasi antara 2,0-2,6

sementara dari askerels bervariasi antara 4,5 dan 5,0 dan dari minyak silikon antara 2,0-

73 (lihat Tabel3.1). Dalam kasus cairan non-polar, permitivitas adalah frekuensiya sendiri

tetapi dalam kasus cairan polar, seperti air, berubah sesuai frekuensi. Sebagai contoh,

permitivitas air adalah 78 pada 50 Hz dan berkurang hingga 5,0 pada 1 MHz. Resistivitas

cairan isolasi digunakan untuk aplikasi tegangan tinggi harus lebih dari 10^16 ohm-

meter dan sebagian besar cairan dalam keadaan murni menunjukkan sifatnya. Faktor

Daya dari dielektrik cair pada tegangan a.c akan menentukan kinerjanya. Faktor daya

adalah ukuran daya yang hilang dan merupakan Parameter penting dalam sistem kabel

dan kapasitor. Namun, dalam kasus transformator, hilangnya dielektrik dalam minyak

dapat diabaikan jika dibandingkan dengan kerugianr tembaga dan besi . Minyak

transformator murni dan kering akan memiliki faktor daya yang sangat rendah bervariasi

antara 1 (T4 pada 2O0C dan 10 ~ 3 pada 9O0C pada frekuensi 50 Hz. Kekuatan Dielektrik

adalah parameter yang paling penting dalam memilih dielektrik cair yang diterapkan

untuk aplikasi tertentu. Kekuatan dielektrik tergantung pada atom dan molekul sifat

cairan itu sendiri. Namun, dalam kondisi praktis kekuatan dielektrik tergantung pada

material dari elektroda, suhu, jenis penerapan tegangan, kandungan gas dalam cairan

dll, yang mengubah kekuatan dielektrik dengan mengubah sifat molekul cairan.

3.2 CAIRAN MURNI DAN CAIRAN KOMERSIAL

Cairan murni adalah murni secara kimiawi dan tidak mengandung kotoran lain,

dan secara struktur lebih sederhana. Contoh-contoh cairan murni sederhana / x-heksana

(C6H14), n-heptana (C7H16) dan parafin hidrokarbon. Dengan menggunakan cairan

murni dan sederhana, lebih mudah untuk memisahkan berbagai faktor yang

mempengaruhi konduksi dan kerusakan di dalamnya. Di sisi lain, cairan biasa yang

mengisolasi cairan seperti minyak yang bukan merupakan kimia murni, biasanya terdiri

dari campuran molekul organik kompleks yang tidak mudah ditentukan atau

direproduksi dalam serangkaian percobaan.

3.2.1 Pemurnian

Kotoran utama dalam dielektrik cair adalah debu, kelembaban, gas terlarut dan

ion pengotor. Berbagai metode digunakan untuk pemurnian adalah filtrasi (melalui filter

mekanik, filter semprot, dan filter elektrostatik), putaran, degassing dan distilasi, dan

pengolahan kimia (menambahkan bahan pertukaran ion seperti alumina, minyak bumi,

dll dan penyaringan). Partikel debu akan terisi dan mengurangi kekuatan keruskan dari

cairan dielektrik, dan mereka akan hilang dengan penyaringan. Cairan biasanya akan

berisi gas kelembaban dan dilarutkan dalam kuantitas kecil. Gas seperti oksigen dan

karbon dioksida secara signifikan mempengaruhi kekuatan kerusakan cairan, dan karena

itu perlu untuk mengontrol jumlah kandungan gas. Hal ini dilakukan dengan distilasi dan

degassing.Ion pengotor dalam cairan, seperti uap air yang mudah berdisosiasi,

menyebabkan konduktivitas yang sangat tinggi dan pemanasan cairan tergantung pada

medan listrik yang diterapkan. Air dihilangkan dengan menggunakan alat pengeringan

atau vakum pengeringan. Terkadang, cairan yang tercampur dengan asam sulfat pekat

untuk menghilangkan lilin dan residu dan dicuci dengan soda kaustik dan air suling.

umumnya digunakan siklus-tertutup sistem pemurnian cairan untuk mempersiapkan

cairan yang sesuai dengan persyaratan di atas yang ditunjukkan pada Gambar. 3.1.

Sistem ini menggambarkan siklus cairan. Cairan dari reservoir mengalir melalui kolom

distilasi di mana ion pengotor dihilangkan. Air dihilangkan dengan alat pengeringan atau

dibekukan pada suhu rendah . Gas yang terlarut dalam cairan dikeluarkan dengan

melewatkan mereka melalui menara pendinginan dan / atau dipompa keluar oleh

pompa vakum. Cairan tersebut kemudian melewati penyaringan di mana partikel debu

akan dihilangkan. Cairan tersebut dimurnikan dan digunakan dalam sel uji. Cairan yang

digunakan kemudian mengalir kembali ke Reservior tersebut. Vakum sistem akan

membantu menghilangkan kelembaban dan gas kotor lainnya.

3.2.2 Breakdown Tes

Tes kerusakan biasanya dilakukan dengan menggunakan sel uji. Untuk menguji

cairan murni, Tes yang digunakan adalah sel kecil sehingga kuantitas kecil cairan

digunakan selama pengujian. Juga, uji Sel-sel biasanya merupakan bagian integral dari

sistem pemurnian seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 3.1. elektroda yang

digunakan untuk pengukuran tegangan tembus biasanya lingkaran dengan diameter 0,5

sampai 1 cm dengan jarak kesenjangan sekitar 100-200 um. Kesenjangan yang akurat

dikontrol dengan menggunakan mikrometer. Kadang-kadang sistem bidang elektroda

seragam juga digunakan. Pemisahan elektroda sangat penting dalam pengukuran

dengan cairan, dan juga kehalusan permukaan elektroda dan lapisan oksida memiliki

pengaruh yang nyata pada kekuatan kerusakan. Tegangan uji yang diperlukan untuk tes

ini biasanya rendah, dari urutan 50-100 kV, karena jarak elektroda kecil . Kekuatan

kerusakan dan konduktivitas DC diperoleh dalam cairan murni adalah sangat tinggi, dari

urutan 1 MV / cm dan 10 ~ 18 - 10 "20 mho / cm berturut-turut, konduktivitas yang

diukur pada medan listrik berturut-turut 1 kV / cm. Namun, nilai-nilai yang sesuai dalam

cairan biasa relatif rendah, seperti dapat dilihat dari Tabel 3.1.

MAKALAHTEKNIK TEGANGAN TINGGI“Breakdown in Liquid

Dielectrics”

OLEH :

DIVA SEPTIAN JONES1110952049RICO AFRINANDO1110953009RAMA DANIL FITRA1110952017

UNIVERSITAS ANDALASPADANG

2013