Ukum Paschen Dan Tegangan Breakdown [PDF]

Citation preview

UKUM PASCHEN DAN TEGANGAN BREAKDOWN GAS Bismillah…



Hukum Paschen merupakan persamaan tegangan breakdown (tegangan yang dibutuhkan untuk memulai discharge) antara 2 elektroda dengan fungsi tekanan dan jarak antar elektroda. Paschen mempelajari tegangan breakdown dari berbagai jenis gas antara pelat logam paralel sebagai fungsi tekanan gas dan variasi jarak. Persamaan tersebut bisa divisualisasikan dengan grafik berikut. Grafik ini penting untuk mengetahui tegangan breakdown untuk menciptakan plasma discharge dengan gas tertentu. Pada grafik terlihat gas yang paling rendah tegangan dischargenya pada tekanan tinggi yaitu Helium. Hukum ini penting diketahui kenapa biasanya gas helium digunakan pada plasma bertekanan tinggi atau plasma tekanan atmosfer.



V = f(pd) dimana, p = tekanan; dan d = jarak antar elektroda



persamaan ini juga bisa direpresentasikan dengan



V = f(Nd) dimana, N = densitas molekul gas; dan d = jarak antar elektroda



dengan konversi pV = nRT atau n/V = p/RT



Kegagalan Pada Isolasi Gas Saat ini dikenal dua mekanisme kegagalan gas yaitu : 



•         Mekanisme Townsend







•         Mekanisme Streamer



1. Mekanisme Kegagalan Townsend Pada proses primer, elektron yang dibebaskan bergerak cepat sehingga timbul energi yang cukup kuat untuk menimbulkan banjiran elektron. Jumlah elektron Ne pada lintasan sejauh dx akan bertambah dengan dNe, sehingga elektron bebas tambahan yang terjadi Ne.dx . Ternyata jumlah elektron bebas α dalam lapisan dx adalah dNe = dNe yang bertambah akibat proses ionisasi sama besarnya dengan jumlah Ne.(t).dt; α ion positif dN+ baru yang dihasilkan, sehingga dNe = dN+ = dimana : α : koefisien ionisasi Townsend dN+ : jumlah ion positif baru yang dihasilkan Ne : jumlah total elektron Vd : kecepatan luncur elektron konstan,Ne = N0, x = α Pada medan uniform,x α ε Ο sehinggaNe = NO Jumlah elektron yang menumbuk anoda per ε detik sejauh d dari katoda sama dengan jumlah ion positif yaitu N+ = N0 x α Jumlah elektron yang meninggalkan katoda dan mencapai anoda adalah : Arus ini akan naik terus sampai terjadi peralihan menjadi pelepasan yang bertahan sendiri. Peralihan ini adalah percikan dan dα ε diikuti oleh perubahan arus dengan cepat dimana karena >> d secara teoritis menjadi tak terhingga, tetapi α ε O À1 maka dalam praktek hal ini dibatasi oleh impedansi rangkaian yang menunjukkan mulainya percikan. 2. Mekanisme Kegagalan Streamer Ciri utama kegagalan streamer adalah postulasi sejumlah besar foto ionisasi molekul gas dalam ruang di depan streamer dan pembesaran medan listrik setempat oleh muatan ruang ion pada ujung streamer. Muatan ruang ini menimbulkan distorsi medan dalam sela. Ion positif dapat dianggap stasioner dibandingkan elektron-elektron yang begerak cepat dan banjiran elektron



terjadi dalam sela dalam awan elektron yang membelakangi muatan ruang ion positif. Medan Er yang dihasilkan oleh muatan ruang ini pada jari jari R adalah : Pada jarak dx, jumlah pasangan x dx sehingga : α ε α elektron yang dihasilkan adalah R adalah √jari jari banjiran setelah menempuh jarak x, dengan rumus diffusi R= (2Dt). Dimana t = x/V sehingga dimana : N : kerapatan ion per cm2, e : muatan elektron ( C ), 0 : permitivitas ruang bebas,ε R : jari jari (cm), V : kecepatan banjiran, dan D : koefisien diffusi. Udara Udara merupakan bahan isolasi yang mudah didapatkan, mempunyai tegangan tembus yang cukup besar yaitu sekitar 30 kV/cm. kalau dua buah elektroda yang dipisahkan dengan udara mempunyai beda potensial yang tinggi yaitu tegangan yang melebihi tegangan tembus, maka akan timbul loncatan bunga api. Bila tegangan itu dinaikkan lagi, maka akan terjadi busur api. Besarnya tegangan tembus dipengaruhi oleh tekanan udara. Secara umum,makin besar tekanannya, main besar pula tegangan tembusnya. Tetapi pada keadaan pakemjustru tegangan tembus akan menjadi lebih besar. Keadaan yang demikian inilah yang justru digunakan atau diterapkan pada peralatan listrik. Sulphur Hexa Fluorida Sulphur Hexa Fluorida (SF6) merupakan suatu gas bentukan antara unsur sulphur dengan fluor dengan reaksi eksotermis : S + 3 F2 SF6 + 262 kilo kalori Sampai saat ini SF6 merupakan gas terberat yang mempunyai massa jenis 6.139 kg/m3 yaitu sekitar 5 kali berat udara pada suhu 00 celcius dan tekanan 1 atmosfir. Sifat dari SF6 sebagai media pemadam busur api dan relevansinya pada sakelar pemutus beban adalah : a. Hanya memerlukan energi yang rendah untuk mengoperasikan mekanismenya. Pada prinsipnya, SF6 sebagai pemadam busur api adalah tanpa memerlukan energi untuk mengkompresikannya, namun semata-mata karena pengaruh panas busur api yang terjadi. b. Tekanan SF6 sebagai pemadam busur api maupun sebagai pengisolasi dapat dengan mudah dideteksi c. Penguraian pada waktu memadamkan busur api maupun pembentukannya kembali setelah pemadaman adalah menyeluruh d. Relatif mudah terionisasi sehingga plasmanya pada CB konduktivitas tetap rendah dibandingkan pada keadaan dingin. Hal ini mengurangi kemungkinan busur api tidak stabil dengan demikian ada pemotongan arus dan menimbulkan tegangan antar kontak. e. Karakteristik gas SF6 adalah elektro negatif sehingga penguraiannya menjadikan dielektriknya naik secara bertahap