ISOLATOR GAS

Pada umumnya isolator gas digunakan sebagai media isolasi dan penghantar panas. Beberapa hal yang perlu diperhatikan pada isolator gas ini adalah ketidakstabilan temperatur, ketidaknormalan sifat kedielektrikan pada tekanan yang tinggi dan resiko ledakan dari gas yang digunakan.

Berdasarkan kekuatan dielektrik,rugi-rugi dielektrik, stabilitas kimia,korosi, dll, isolator gas dapat diklasifikasikan menjadi :
1. Gas sederhana, contohnya :
a. Udara
b. Nitrogen
c. Helium
d. Hidrogen , dan lain-lain
2. Gas Oksida, contohnya :
a. Gas karbondioksida
b. Gas Sulphur dioksida
3. Gas Hidrokarbon, contohnya :
a. Methana
b. Ethana
c. Propana dan lain-lain
4. Gas Elektronegatif, contohnya :
a. Gas Sulphur hexaflorida
b. CH2Cl2

Dalam pemilihan jenis isolator gas yang dipergunakan, perlu diperhatikan sifat dari kedielektrikan gas yang digunakan pada temperatur dan tekanan dimana gas tersebut akan digunakan sebagai media isolasi
Beberapa sifat dari isolator gas sebagai media isolasi yang perlu diperhatikan antara lain yaitu :


1. Sifat Kelistrikan, yang mencakup antara lain :
a. Tahanan isolasi
b. Kekuatan Dielektrik
c. Faktor Daya
d. Konstanta Dielektrik
e. Rugi-rugi dielektrik
2. Temperatur,
3. Sifat Kimia, dan
4. Sifat Mekanis
a. kerapatan volume
b. viskositas
c. absorpsi kelembaman
d. tekanan permukaan,dll
Mekanisme Kegagalan Isolasi Gas
Dalam mekanisme tembus listrik bahan isolasi,ada beberapa peristiwa/proses yang berperan di dalamnya, antara lain :
a. Ionisasi, yaitu peristiwa terlepasnya elektron dari ikatan atom netral sehingga menghasilkan satu elektron bebas dan ion positif
b. Deionisasi, yaitu peristiwa dimana satu ion positif menangkap elektron bebas sehingga ion positif tersebut menjasi atom netral
c. Emisi, yaitu peristiwa terlepasnya elektron dari permukaan logam menjasi elektron bebas
Proses dasar dalam kegagalan isolasi gas adalah ionisasi benturan oleh elektron.
Ada dua jenis proses dasar yaitu :
• Proses primer, yang memungkinkan terjadinya banjiran elektron
• Proses sekunder, yang memungkinkan terjadinya peningkatan banjiran elektron


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 dalam lapisan dx adalah dNe =  Ne.dx . Ternyata jumlah elektron bebas dNe yang bertambah akibat proses ionisasi sama besarnya dengan jumlah ion positif dN+ baru yang dihasilkan, sehingga dNe = dN+ =  Ne.(t).dt; dimana :
 : koefisien ionisasi Townsend
dN+ : jumlah ion positif baru yang dihasilkan
Ne : jumlah total elektron
Vd : kecepatan luncur elektron
Pada medan uniform,  konstan, Ne = N0, x = 0 sehinggaNe = N0   x
Jumlah elektron yang menumbuk anoda per detik sejauh d dari katoda sama dengan jumlah ion positif yaitu N+ = N0   x
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 diikuti oleh perubahan arus dengan cepat dimana karena   d >> 1 maka  0   d secara teoritis menjadi tak terhingga, tetapi 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 elektron yang dihasilkan adalah    x dx sehingga :

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, 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
f. Transien frekuensi yang tinggi akan naik selama operasi pemutusan dan dengan adanya hal ini busur api akan dipadamkan pada saat nilai arusnya rendah.