Kegagalan gas pada transmisi tegangan tinggi

1. Mekanisme Kegagalan Dalam Gas
Nama kelompok:
-

2. Ion dan elektron bebas yang menabrak atom netral sehingga terjadi banjiran elektron dan ion
yang mengakibatkan isolasi gas/udara tembus.
Ada 2 jenis proses dasar yang diketahui:
1). Mekanisme (proses) primer, yang memungkinkan terjadinya banjiran elektron
2). Mekanisme (proses) sekunder , yang memungkinkan terjadinya peningkatan
banjiran elektron
Proses terpenting dalam mekanisme primer adalah proses katoda
Dalam hal ini elektroda yang potensialnya rendah yaitu katoda, akan menjadi elektroda
yang melepaskan electron. Fungsi elektroda pelepas electron adalah :
1. Menyediakan electron awal yang harus dilepaskan.
2. Mempertahankan pelepasan, dan
3. Menyelesaikan pelepasan.

3.  Proses kegagalan gas terjadi karena ionisasi benturan oleh
elektron
 Ada dua jenis proses dasar :
1. Proses mekanisme primer → memungkinkan terjadinya
banjiran (avalanche) elektron
2. Proses mekanisme sekunder → memungkinkan terjadinya
peningkatan banjiran elektron

4. Mekanisme Primer
 Elektroda melepaskan elektron
sehingga menyebabkan
kegagalan percikan (spark breakdown). Elektron awal pada
katoda dibebaskan perantara pengion luar sehingga terjadi
banjiran elektron pada permukaan elektroda

5. Mekanisme Sekunder
 Yang terpenting dari prosese sekunder adalah emisi elektron
karena benturan ion positif. Jika ion positif di tembakkan ke
permukaan katoda maka akan dibebaskan elektorn ke
permukaan katoda. Energi dari elektron yang dibebaskan
sebanding dengan gradien tegangan permukaan katoda E dan
berbanding terbalik dengan kerapatan udara δ
Ue  A
 dengan, A = konstanta
Ec


6.  Tabel Energi Pembebasan Elektron (ev)
Logam
Energi Pembebasan Elektron (ev)
Aluminium
1.8
Tembaga
3.9
Tembaga oksida
5.34
Besi
3.9
Perak
3.1
Platina
3.6
Barium Oksida
1.0

7.  Kondisi untuk dapat dapat terjadi kegagalan adalah jiak
jumlah ion positif yang dihasilkan oleh ionisasi banjiran
electron primer harus sama atau lebih besar dari jumlah
ion positif N yang diperlukan untuk menjamin terjadinya
awal banjiran sekunder, hal ini dapat dinyatakan dalam
bentuk persamaan,




Dimana
S = lintasan yang ditempuh electron
α = koefisien kesatu ionisasi Townsend
N = jumlah ion positif yang diperlukan

8. Mekanisme Kegagalan
Townsend
 Arus akan naik secara ekponensial sampai terjadi peralihan
menjadi pelepasan yang bertambambah sendiri. Peralihan ini
adalah percikan dan diikuti oleh perubahan arus yang sangat
cepat dan pembilang menjadi nol, atau:
 ( e  d  1)  1
k arena
e
d
 1
mak a ,
ed  1
 Keadaan ini, Townsend menamakan dimulainya percikan.

9.  Besarnya electron bebas tambahan yang terjadi dalam
lapisan yang besarnya dx adalah
 Dimana α adalah koefisien kesatu ionisasi Townsend.
 Jumlah electron yang menumbuk anoda perdetik sejauh d
dari katoda sama dengan jumlah ion positif:
 Selanjutnya
seperti bab I, jumlah electron
meninggalkan katoda dan mencapai katoda :
yang
atau
 Arus ini akan naik terus sampai terjadi peralihan menjadi
pelepasan yang bertahan sendiri ( self-sustaining).

10.  Ada tiga macam kemungkinan kriteria Towndsend untuk
percikan:
a.
Untuk γ eαd < 1
Arus pelepasan tidak dapat bertahan sendiri artinya sumber penghasil arus
i₀ dihilangkan, arus pelepasan berhenti mengalir.
b.
Untuk γ e αd = 1
Jumlah pa€sangan ion e αd yang dihasilkan oleh suatu banjiran elektron
cukup besar sehingga ion positif yang dihasilkan itu pada pembenturan
dengan katoda dapat membebaskan satu elektron sekunder, yang kemudian
mengulangi proses banjiran.
c.
Untuk γ e αd >1
Ionisasi yang dihasilkan dari banjiran yang berturut – turut menjadi
komulatif. Akibatnya pelepasan percikan tumbukan dengan cepat sebanding
dengan kelebihan γe αd

11.  Persamaan diatas dapat dinyatakan dalam bentuk gambar
dibawah, dimana dalam tegangan V (dan mc dan E)
rendah.
Pelepasan bertahan diri
Pelepasan tak bertahan sendiri
I
I01
T1
T0
T2
T1
V

12.  Untuk
menyelidiki bagaimana pertumbuhan arus
tergantung pada factor ruang yang di lalui atau sistem
elektrodanya, perbandingan E/p perlu di jaga tetap
(konstan).
Ln I/I0
E1
E2
E3
E1 < E2 < E3
d
d1s
d2s
d3s

13.  Untuk nilai d kecil.
 Sehingga
 Sehinggga likunya linier dengan lereng α. Bila di naikan
maka membesar sehingga tercapai
 Dan percikan terjadi pada d = ds. Tegangan gagal percikan
terjadi pada

14. Mekanisme Kegagalan Strimer
(Kanal)
 Mekanisme
Stimer menjelaskan bahwa penggabungan
pelepasan percikan dari banjiran tunggal dimana muatan ruang
muatan ruang (space charge) yang terjadi karena banjiran itu
sendiri mengubah banjiran tersebut menjadi stimer plasma.
 Ciri utama teori kegagalan stimer, disamping proses ionnisasi
benturan (α) Townsend, adalah postulasi sejumlah besar fato
ionisasi molekul gas dalam ruang didepan stimer dan
pembesaran medan listrik setempat oleh muatan ruang ion pada
ujung stimer.

16. Stimer Positif
 Teori ini dikembangkan oleh Meek dan Craggs dan Loeb,
untuk geometri medan seragam. Mereka menjelaskan bahwa
pada waktu banjiran telah menyeberangi sela, elektron –
elektron trsedot ke dalam anoda ion – ion tinggal dalam sela
membentuk kerucut seperti terlihat pada gambar berikut:

18.  Untuk menyelidiki bagaimana pertumbuhan arus
tergantung pada factor ruang yang di lalui atau sistem
elektrodanya, perbandingan E/p perlu di jaga tetap
(konstan).
 Jumlah muatan Q, terkumpul dalam sebuah bola dengan
jari-jari r dikepala banjiran. Medan E yang dihasilkan oleh
muatan ruang ini pada jari-jari r adalah :





Dimana
N =
e
=
ε0 =
r
=
kerapatan ion per cm 3
muatan electron (C)
permitivitas ruang bebas
jari-jari (r)

19. Stimer Negatif
 Stimer negatif yaitu yang menuju ke anoda, Reather membuat
postulat bahwa stimer akan terjadi bila mekanisme banjiran
awal menghasilkan jumlah elektron yang cukup ( eαx ) sehingga
timbul muatan ruang yang kira – kira sebanding dengan medan
yang diterapkan. Kriteria Reather untuk pengembangan stimer
adalah bahwa gradient tegangan muatan ruang kira – kira sama
dengan yang diterapkan atau:
Ea 
e
x
4 r  o
2