Pengaruh Kenaikan Temperatur Terhadap Tegangan Tembus Udara Pada Elektroda Bola Terpolusi Asam
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Elektroda Bola
Pengukuran tegangan tinggi dengan elektroda bola pada kenyataannya
dipengaruhi beberapa hal, salah satunya adalah keadaan udara. Dalam prakteknya,
keadaan udara saat pengujian tidak selalu sama dengan keadaan standar. Oleh
karena itu hasil pengukuran pada keadaan udara sembarang adalah sebagai
berikut:
=δ s
(2.1)
dimana :
= Tegangan sela bola pada saat pengujian (keadaan udara sembarang)
s = Tegangan tembus sela bola standar
δ = faktor koreksi udara
Faktor koreksi udara tergantung kepada suhu dan tekanan udara, besarnya adalah
sebagai berikut :
δ=
.
(2.2)
dimana :
P = Tekanan (mmHg)
θ = Suhu (°C)
Elektroda bola standar terdiri dari dua elektroda 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 disebut dalam
4
Universitas Sumatera Utara
kondisi standar jika temperaturnya 20°C, tekananan 760 mmHg dan kelembaban
nya mutlak 11 g/m3. 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 [4].
Pada Gambar 2.1 dan Gambar 2.2, ditunjukkan elektroda bola standar
yang disusun horizontal dan vertikal. Salah satu elektroda dihubungkan ke
terminal tegangan tinggi yang hendak diukur, sedangkan elektroda bola yang lain
ditanahkan. Sebuah resistor disusun seri dengan elektroda bola, agar ketika udara
mengalami tembus listrik, besar arus hubung singkat dapat dibatasi dan osilasi
pada sumber tegangan dapat diredam dengan cepat. Nilai resistor ini 100-1000
kiloOhm pada pengukuran tegangan tinggi ac dan dc, dan tidak lebih dari 500
Ohm pada pengukuran tegangan tinggi impuls.
Syarat-syarat agar medan elektrik pada sela bola uniform adalah
1.
Diameter bola sama.
2.
Letak kedua elektroda harus satu sumbu.
3.
Panjang sela tidak lebih dari setengah diameter bola.
4.
Titik percikan elektroda bola bertegangan tinggi harus memiliki
jarak bebas (clearance)[1].
Elektroda bola umumnya terbuat dari bahan tembaga, kuningan atau
alumunium. Permukaannya harus halus dan kelengkungannya seragam (uniform).
Ukuran standar diameter elektroda bola antara lain 2 cm, 10 cm, 50 cm, bahkan
ada yang mencapai 200 cm. Jarak-jarak itu dirancang dan dipilih seperti itu agar
lewat denyar (flashover) terjadi di dekat titik percik. Permukaan bola harus bersih
dari debu, minyak, atau pelapis lainnya. Permukaan elektroda harus
5
Universitas Sumatera Utara
dipertahankan tetap bersih tetapi tidak perlu dipoles. Jika ada lubang yang terjadi
akibat tembus listrik yang berulang-ulang maka elektroda harus dibersihkan.
Untuk memperoleh ketelitian yang tinggi, hal-hal ini diperhatikan :
1. Jarak sela (S) < Diameter (D).
2. Jarak sela > 5 % jari-jari elektroda.
3. Permukaan elektroda tidak boleh berdebu.
4. Elektroda harus licin (jangan dibersihkan dengan pembersih kasar).
5. Jarak benda disekitar elektroda > (0,25 + VBD / 300) m.
6. Untuk mencegah osilasi saat percikan, sebuah resistor yang
tahanannya > 500 ohm diserikan degan elektroda bola. [4]
S
D
Gambar 2.1 Elektroda Bola Susunan Horizontal
D
S
Gambar 2.2 Elektroda Bola Susunan Vertikal.
6
Universitas Sumatera Utara
2.2 Distribusi Medan Listrik Pada Permukaan Elektroda Bola
Distribusi medan listrik pada elektroda bola bisa terjadi pada permukaan yang
rata dan permukaan yang tidak rata. Permukaan rata merupakan permukaan yang
sangat halus dan bentuknya sama sedangkan permukaan yang tidak rata
merupakan permukaan yang mengalami perubahan bentuk karena pengaruh dari
luar seperti benturan, polusi dan lain-lain. Distribusi medan listrik pada
permukaan tidak rata lebih tinggi dibandingkan permukaan yang rata.
2.2.1 Distribusi Medan Listrik Pada Permukaan Yang Rata
Distribusi medan listrik pada dua elektroda bola dengan permukaan yang
rata dapat dilihat pada Gambar 2.3 di bawah ini. Pada Gambar 2.3 terlihat bahwa
distribusi medan listrik di setiap titik adalah sama atau uniform. dengan
permukaan yang halus atau sama maka medan listrik disekitar elektroda bola juga
sama, sehingga tidak ada gaya yang mendorong pergerakan elektron terlepas dari
molekulnya.
Gambar 2.3 Distribusi medan listrik diantara dua elektroda bola dengan
permukaan yang rata
2.2.1 Distribusi Medan Listrik Pada Permukaan Yang Tidak Rata
Distribusi medan listrik pada dua elektroda bola dengan permukaan yang
tidak rata dapat dilihat pada gambar 2.4 di bawah ini :
7
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.4 Distribusi medan listrik diantara dua elektroda bola dengan
permukaan yang tidak rata.
Pada Gambar 2.4 terlihat bahwa distribusi medan listrik di 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. Medan listrik pada
bahagian yang runcing lebih rapat dibandingkan dengan medan listrik pada
bahagian yang rata atau EB > EA. Ini menyebabkan bagian yang runcing
mengalami gaya yang lebih besar dibandingkan dengan bagian yang rata, atau :
Fa q a E a
(2.3)
Fb qb Eb
(2.4)
Fb Fa
(2.5)
Dimana :
Ea = Medan elektrik pada elektroda bola a
Eb = Medan elektrik pada elektroda bola b
Fa = Gaya yang timbul pada elektroda bola a
Fb = Gaya yang timbul pada elektroda bola
Selanjutnya, kemungkinan terjadinya polarisasi, ionisasi, dan tembus listrik pada
bagian yang runcing lebih besar dari pada bahagian yang rata.
8
Universitas Sumatera Utara
2.3 Pengaruh Temperatur Terhadap Tegangan Tembus Udara
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.
Gambar 2.6 Peristiwa terlepasnya elektron dari molekul netral akibat
kenaikan temperatur.
2.4 Pengaruh Objek Sekitar Terhadap Pengukuran Dengan Elektroda BolaBola
Ada beberapa faktor yang mempengaruhi tegangan tembus pada pengukuran
dengan elektroda bola di antaranya adalah:
1. Objek di sekitar elektroda bola,
2. Kondisi dan kelembaban udara,
3. Penyinaran dengan ultra-violet atau sinar x,
9
Universitas Sumatera Utara
4. Polaritas dan kenaikan waktu gelombang tegangan.
Gambar 2.6 menunjukkan bentuk medan listrik yang terbentuk akibat pengaruh
objek di sekitar elektroda bola.
Gambar 2.6 Pengaruh Objek Terhadap Pengukuran Elektroda Bola-Bola
2.5 Korosi
Korosi adalah teroksidasinya suatu logam. Korosi adalah kerusakan atau
degradasi logam akibat reaksi dengan lingkungan yang korosif. Korosi dapat juga
diartikan sebagai serangan yang merusak logam karena logam bereaksi secara
kimia atau elektrokimia dengan lingkungan. Korosi juga akan membuat bentuk
permukaan suatu logam berubah.
Gambar 2.7 Benda Sebeum Korosi
Gambar 2.8 Benda Telah Terkorosi
10
Universitas Sumatera Utara
2.5.1 Faktor yang mempengaruhi Korosi
Korosi pada permukaan suatu logam dapat dipercepat oleh beberapa
faktor, antara lain:
1. Kontak Langsung logam dengan H2O dan O2
2. Kontak dengan Elektrolit
3. Keberadaan Zat Pengotor
4. Temperatur
5. pH
6. Mikroba.
11
Universitas Sumatera Utara
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Elektroda Bola
Pengukuran tegangan tinggi dengan elektroda bola pada kenyataannya
dipengaruhi beberapa hal, salah satunya adalah keadaan udara. Dalam prakteknya,
keadaan udara saat pengujian tidak selalu sama dengan keadaan standar. Oleh
karena itu hasil pengukuran pada keadaan udara sembarang adalah sebagai
berikut:
=δ s
(2.1)
dimana :
= Tegangan sela bola pada saat pengujian (keadaan udara sembarang)
s = Tegangan tembus sela bola standar
δ = faktor koreksi udara
Faktor koreksi udara tergantung kepada suhu dan tekanan udara, besarnya adalah
sebagai berikut :
δ=
.
(2.2)
dimana :
P = Tekanan (mmHg)
θ = Suhu (°C)
Elektroda bola standar terdiri dari dua elektroda 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 disebut dalam
4
Universitas Sumatera Utara
kondisi standar jika temperaturnya 20°C, tekananan 760 mmHg dan kelembaban
nya mutlak 11 g/m3. 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 [4].
Pada Gambar 2.1 dan Gambar 2.2, ditunjukkan elektroda bola standar
yang disusun horizontal dan vertikal. Salah satu elektroda dihubungkan ke
terminal tegangan tinggi yang hendak diukur, sedangkan elektroda bola yang lain
ditanahkan. Sebuah resistor disusun seri dengan elektroda bola, agar ketika udara
mengalami tembus listrik, besar arus hubung singkat dapat dibatasi dan osilasi
pada sumber tegangan dapat diredam dengan cepat. Nilai resistor ini 100-1000
kiloOhm pada pengukuran tegangan tinggi ac dan dc, dan tidak lebih dari 500
Ohm pada pengukuran tegangan tinggi impuls.
Syarat-syarat agar medan elektrik pada sela bola uniform adalah
1.
Diameter bola sama.
2.
Letak kedua elektroda harus satu sumbu.
3.
Panjang sela tidak lebih dari setengah diameter bola.
4.
Titik percikan elektroda bola bertegangan tinggi harus memiliki
jarak bebas (clearance)[1].
Elektroda bola umumnya terbuat dari bahan tembaga, kuningan atau
alumunium. Permukaannya harus halus dan kelengkungannya seragam (uniform).
Ukuran standar diameter elektroda bola antara lain 2 cm, 10 cm, 50 cm, bahkan
ada yang mencapai 200 cm. Jarak-jarak itu dirancang dan dipilih seperti itu agar
lewat denyar (flashover) terjadi di dekat titik percik. Permukaan bola harus bersih
dari debu, minyak, atau pelapis lainnya. Permukaan elektroda harus
5
Universitas Sumatera Utara
dipertahankan tetap bersih tetapi tidak perlu dipoles. Jika ada lubang yang terjadi
akibat tembus listrik yang berulang-ulang maka elektroda harus dibersihkan.
Untuk memperoleh ketelitian yang tinggi, hal-hal ini diperhatikan :
1. Jarak sela (S) < Diameter (D).
2. Jarak sela > 5 % jari-jari elektroda.
3. Permukaan elektroda tidak boleh berdebu.
4. Elektroda harus licin (jangan dibersihkan dengan pembersih kasar).
5. Jarak benda disekitar elektroda > (0,25 + VBD / 300) m.
6. Untuk mencegah osilasi saat percikan, sebuah resistor yang
tahanannya > 500 ohm diserikan degan elektroda bola. [4]
S
D
Gambar 2.1 Elektroda Bola Susunan Horizontal
D
S
Gambar 2.2 Elektroda Bola Susunan Vertikal.
6
Universitas Sumatera Utara
2.2 Distribusi Medan Listrik Pada Permukaan Elektroda Bola
Distribusi medan listrik pada elektroda bola bisa terjadi pada permukaan yang
rata dan permukaan yang tidak rata. Permukaan rata merupakan permukaan yang
sangat halus dan bentuknya sama sedangkan permukaan yang tidak rata
merupakan permukaan yang mengalami perubahan bentuk karena pengaruh dari
luar seperti benturan, polusi dan lain-lain. Distribusi medan listrik pada
permukaan tidak rata lebih tinggi dibandingkan permukaan yang rata.
2.2.1 Distribusi Medan Listrik Pada Permukaan Yang Rata
Distribusi medan listrik pada dua elektroda bola dengan permukaan yang
rata dapat dilihat pada Gambar 2.3 di bawah ini. Pada Gambar 2.3 terlihat bahwa
distribusi medan listrik di setiap titik adalah sama atau uniform. dengan
permukaan yang halus atau sama maka medan listrik disekitar elektroda bola juga
sama, sehingga tidak ada gaya yang mendorong pergerakan elektron terlepas dari
molekulnya.
Gambar 2.3 Distribusi medan listrik diantara dua elektroda bola dengan
permukaan yang rata
2.2.1 Distribusi Medan Listrik Pada Permukaan Yang Tidak Rata
Distribusi medan listrik pada dua elektroda bola dengan permukaan yang
tidak rata dapat dilihat pada gambar 2.4 di bawah ini :
7
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.4 Distribusi medan listrik diantara dua elektroda bola dengan
permukaan yang tidak rata.
Pada Gambar 2.4 terlihat bahwa distribusi medan listrik di 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. Medan listrik pada
bahagian yang runcing lebih rapat dibandingkan dengan medan listrik pada
bahagian yang rata atau EB > EA. Ini menyebabkan bagian yang runcing
mengalami gaya yang lebih besar dibandingkan dengan bagian yang rata, atau :
Fa q a E a
(2.3)
Fb qb Eb
(2.4)
Fb Fa
(2.5)
Dimana :
Ea = Medan elektrik pada elektroda bola a
Eb = Medan elektrik pada elektroda bola b
Fa = Gaya yang timbul pada elektroda bola a
Fb = Gaya yang timbul pada elektroda bola
Selanjutnya, kemungkinan terjadinya polarisasi, ionisasi, dan tembus listrik pada
bagian yang runcing lebih besar dari pada bahagian yang rata.
8
Universitas Sumatera Utara
2.3 Pengaruh Temperatur Terhadap Tegangan Tembus Udara
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.
Gambar 2.6 Peristiwa terlepasnya elektron dari molekul netral akibat
kenaikan temperatur.
2.4 Pengaruh Objek Sekitar Terhadap Pengukuran Dengan Elektroda BolaBola
Ada beberapa faktor yang mempengaruhi tegangan tembus pada pengukuran
dengan elektroda bola di antaranya adalah:
1. Objek di sekitar elektroda bola,
2. Kondisi dan kelembaban udara,
3. Penyinaran dengan ultra-violet atau sinar x,
9
Universitas Sumatera Utara
4. Polaritas dan kenaikan waktu gelombang tegangan.
Gambar 2.6 menunjukkan bentuk medan listrik yang terbentuk akibat pengaruh
objek di sekitar elektroda bola.
Gambar 2.6 Pengaruh Objek Terhadap Pengukuran Elektroda Bola-Bola
2.5 Korosi
Korosi adalah teroksidasinya suatu logam. Korosi adalah kerusakan atau
degradasi logam akibat reaksi dengan lingkungan yang korosif. Korosi dapat juga
diartikan sebagai serangan yang merusak logam karena logam bereaksi secara
kimia atau elektrokimia dengan lingkungan. Korosi juga akan membuat bentuk
permukaan suatu logam berubah.
Gambar 2.7 Benda Sebeum Korosi
Gambar 2.8 Benda Telah Terkorosi
10
Universitas Sumatera Utara
2.5.1 Faktor yang mempengaruhi Korosi
Korosi pada permukaan suatu logam dapat dipercepat oleh beberapa
faktor, antara lain:
1. Kontak Langsung logam dengan H2O dan O2
2. Kontak dengan Elektrolit
3. Keberadaan Zat Pengotor
4. Temperatur
5. pH
6. Mikroba.
11
Universitas Sumatera Utara