pengujian tegangan dadal feedthrough sumber …

PROSIDING SEMINARPENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR

Pusat Teknologi Akselerator dan Proses BahanYogyakarta, 28 Agustus 2008

PENGUJIAN TEGANGAN DADAL FEEDTHROUGH SUMBERTEGANGAN TINGGI MESIN BERKAS ELEKTRON (MBE) 300

keVj20 mA UNTUK INDUSTRI LATEKS

Suhartono, Sutadi, Red SudarmantoPusat Tekn%gi Akse/erator Dan Proses Bahan

ABSTRAK

PENGUJIAN TEGANGAN DADAL FEEDTHROUGH SUMBER TEGANGAN TINGGIMESIN BERKAS ELEKTRON (MBE) 300 keV/20 mA UNTUK INDUSTRI LA TEKSTelah dilakukan pengujian tegangan dadal pada feedthrough sumber tegangan tinggimesin berkas elektron (MBE) 300 keV/ 20 mA. Pengujian dimaksudkan untukmengetahui kemampuan dielektrikum dari bahan dasar feedthrough yang digunakan.Metode yang digunakan adalah dengan cara memberi beda potensial tegangandiantara kedua elektrode. Sumber tegangan tinggi masukan divariasi dari 0 kV sampaidengan 300 kV pada suhu udara 22°C dan tingkat kelembaban udara 58%. Hasilpengujian menunjukkan bahwa feedthrough yang dilengkapi dengan pelindung(shielding) dari plastik mika, pada kondisi tegangan hingga 300 kV tidak terjaditegangan dadal. Hal tersebut menunjukkan bahwa sifat dielektrikum dari bahan resinyang digunakan dalam pembuatan feedthrough mampu menahan beda potensialtegangan kerja 300 kV. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa feedthrough yangtelah dibuat dapat digunakan sebagai media penghubung di daerah tegangan tinggi.

ABSTRACT

THE BREAKDOWN VOLTAGE TEST OF HIGH VOLTAGE FEEDTHROUGH FORLA TEX INDUSTRY 300 keV/20 mA ELECTRON BEAM MACHINE. The breakdownvoltage test of high voltage feedthrough for 300 keV/20 mA electron beam machinehas been done. The test was done to measure the dielectric strength fromfeedthrough material The test methode is used a variation of voltage between twoelectrodes. The input high voltage source was tuned up from 0 kV to 300 kV at 22°Ctemperature and 58% humidity. The test result shows that feedthrough with completedby shielding from mica plastic at condition until 300 kV voltages does not causebreakdown voltage. It indicates that dielectric characteristic of applied resin in makingof feedthrough can arrest 300 kV working voltages. It means that the feedthrough canbe applied as connector in high voltage area.

PENDAHULUAN

Mesin Berkas Elektron (MBE) telah banyakdimanfaatkan sebagai sumber radiasi padaproses iradiasi suatu produk industri. Beberapaindustri ban, kabel dll, telah menggunakan MBEuntuk meningkatkan kualitas produknya. Karetalam sebagai bahan baku utama dari industritersebut sangat melimpah di negara kita, sehinggapotensi penggunaan mesin berkas elektron akansemakin besar.

Berdasarkan uraian tersebut serta didukungdengan tersedianya sumber daya manusia dan

pengalaman di bidang litbang teknologi akseleratoryang ditunjukkan dengan telah berhasilnyapembangunan rancang bangun MBE pada tahun2003 yang lalu, BATAN khususunya PTAPBmencanangkan kembali program pokok untukmerancang dan membangun MBE energi rendah300 keY / 20 mA berorientasi industri, khususnyaindustri lateks untuk proses pravulkanisasi karetalam. Kegiatan perancangan, desain dan pembuatanbeberapa komponen utama MBE yang meliputisumber elektron, sumber tegangan tinggi, sistemoptik sistem pemayar, sistem instrumen kendali,bejana bertekanan, bejana iradiasi sistem pendingin,

Suhartono, dkk. ISSN 1410 - 8178 373


Pusat Teknologi Akselerator don Proses BahanYogyakarta, 28 Agustus 2008

Pengertian Tegangan Dadal

Tegangan dadal (breakdown voltage)adalah suatu tegangan yang mampu menembuskekuatan dielektrikum isolator dari suatu bahan

isolatorllJ, sedangkan isolator tidak mampumenahan tegangan sehingga isolator dalam hal ini

feedthrough tidak dapat mempertahankan dayaisolatomya.

Apabila sebuah peralatan listrik dikenakantegangan tinggi yang dinaikkan terus menerus,maka pada suatu saat isolator alat tersebut akanmengalami pelepasan muatan (discharge). Dalamhal demikian, isolator tersebut mengalamikegagalan kekuatan dielektriknya. Kegagalan ini b.

c. Meter pengukur arus discharge atau tegangan dadal

Bahan dan alat yang digunakan

I. Bahan pengujian tegangan dadal antara lain:a. Feedthroughb. Plastik mika (prespan)c. Pralon untuk penyangga

2. Alat yang digunakan:a. Sumber tegangan tinggi Cockcroft Walton

350 kV/ 20 mA

Sistem Pengaman

menyebabkan hilangnya tegangan dan mengalimyaarus.

Hubungan pengujian bahan isolator jenispadat (resin) berdasar pada tegangan dadaldidetinisikan sebagai pelepasan tegangan(discharge) diantara dua buah elektrode, yaituelektrode feedthrough sebagai kutub negatip danbodi sebagai kutub positip (ground).

Sistem Pengamanan PeralatanTegangan Dadal

Jaminan keselamatan dan keamanan dari

suatu alat pengujian mutlak menjadi perhatian.Keamanan terhadap alat yang akan digunakanberkaitan dengan tegangan tinggi dan arus lucutanyang terjadi bila tercapai kondisi dadalnya bahanisolator yang di uji, maka bila itu terjadiberlangsung terus menerus tanpa ada upayapemutusan arus mengakibatkan sumber teganganpenguji akan mengalami beban lebih yang beresikorusak.

Untuk mengantisipasi hal tersebut di atasperlu dibuat rangkaian pengaman. Rangkaian sistempengaman ditunjukkan pada Gambar 2. Fungsi darirangkaian pengaman disini adalah agar dapatmemutus arus ke sistem alat pen8uji melalui relaidan kontaktor, dengan berdasarkan sinyal masukandari sensor arus lucutan. Rangkaian pengamandapat dibangun dengan menggunakan penguat opamp jenis pembanding tipe lC LM 311, tahanan,transitor, relai dan kontaktor. Dalam keadaannormal IC LM 311 keluaran bemilai positip,keluaran ini untuk memicu transitor dan relai

bekerja. Apabila teljadi keadaan breakdownvoltage, arus lucutan yang teljadi dikonversimenjadi tegangan melalui tahanan sensor sebagaiumpan balik. Tegangan tersebut sebagai masukanpembalik (inverting) IC tersebut sehingga lebihpositip, maka keluaran akan bemilai nol sehinggatidak dapat mengaktifkan transitor dan relaiakibatnya kontaktor yang menghubungkan supplaidaya dari jala-jala ke trafo anoda osilator tegangantinggi mati, akibatnya sumber tegangan tinggi jugaikut mati.

perisai radiasi dan kerangka sebagian telah selesaidibuat bahkan sudah pada tahap pengujian awal.Salah satu bagian utama yang terkait komponenMBE adalah sumber tegangan tinggi (SIT) untuksistem pemercepat, dimana SIT untuk dapatdiintegrasikan ke tabung pemercepat yang beradapada ruang bejana bertekanan diperlukan komponenpendukung, yaitu feedthrough. Feedthroughdigunakan untuk memasukkan terminal tegangandari luar menuju dalam suatu ruang kerja (sistem),ruang kerja tersebut dapat berupa ruang hampa,ruang bejana bertekanan maupun ruang normal.

Pembuatan feedthrough telah dapatdiselesaikan dan dikerjakan di Jat's Handicraft,Kotagede, Yogyakarta dengan menggunakan bahanlokal, yaitu campuran antara resin dengan hardnersebagai katalisator. Pemilihan menggunakan resintersebut, karena harganya murah, ada di pasaranlokal, mempunyai sifat dielektrikum tinggi kuat danmudah dibentuk. Feedthrough ini tersusun dari 2bagian, yaitu bodi sebagai isolator dari bahan resindan elektrode feedthrough menggunakan jenislogam tembaga. Secara tisik di dalam mediumtertentu atau jika mengalami tekanan, gerak ataupanas akan mengalami perubahan sifat, secaramekanik misalnya pecah, keropos atau lentur danperubahan sifat kelistrikan, perubahan tersebut yangmenyebabkan lemahnya sifat dielektrikum suatubahan bila dikenai beda tegangan. Pada Gambar 1ditunjukkan skema diagram pemasanganfeedthrough yang akan digunakan pada MBE lateks.Feedthrough tersebut bekerja pada ruangbertekanan dan daerah sumber tegangan tinggisehingga harus cukup aman, baik secara mekanikmaupun dari segi kelistrikannya. Oleh karena ituuntuk mengetahui permasalahan tersebut dilakukanpengujian terhadap feedthrough yang telah dibuatsebelum feedhtrough tersebut di itegrasikan padasistem tegangan tinggi.

DASAR TEORI

TAT A KERJA

Uji

374 ISSN 1410 - 8178 Suhartono, dkk.



FeedthroughJosc

~50lT1200

210 14Q

~~300 t.V'lO ~

DAGRAM SUS'l'NAlli" ?mE

Suhartono, dkk.

Gambar 1. Diagram susunan MBE Lateks [2]

Gambar 2. Rangkaian sistem pengaman

ISSN 1410 - 8178 375



Gambar 3. Fotofeedthrough (tampak depan dan tampak atas)

Gambar 4. Diagramfeedthrough STT [2]

PENGUJIAN FEEDTHROUGH

Pada Gambar 3 adalah foto dari

feedthrough yang telah selesai dibuat. Feedthroughini merupakan hasil rancangan sendiri dibuat diJat's Handicraft, Kotagede, Yogyakarta, yangterdiri dari bodi dibuat dad bahan Isolator

menggunakan resin dan elektrode feedthrough daribahan logam tembaga.

Untuk mengetahui kemampuan sifatdielektrikum bahanfeedthrough tersebut, dilakukandengan cara memberi bed a potensian pada keduaelektrode. Sebagai sumber tegangan tinggi yangdigunakan untuk menguji adalah sumber tegangantinggi Cockroft Walton. Sifat bahan isolator itusangat dipengaruhi oleh kondisi lingkungan, olehkarena itu pengujian dilakukan di dalam ruangMBE yang telah memenuhi persyaratan,diantaranya terdapat kontrol suhu, meter pengukurkelembabam dan sistem proteksi sumber tegangantinggi.

Feedthrough diletakkan di atas penyanggadari bahan isolator menggunakan pipa pralon 0 12"setinggi 1,5 m, kabel terminal keluaran sumbertegangan tinggi (STT) dihubungkan ke elektrodefeedthrough, sedangkan bodi feedthroughdihubungkan seri dengan meter DC-flA kemudianke ground. Fungsi DC-flA ini adalah untukmengetahui arus discharge. Untuk menjangga agarSIT penguji tidak beresiko pada saat terjadi arusdischarge atau beban lebih yang disebabkan adanyaarus discharge terus menerus dipasang sistemproteksi arus lebih. Sumber tegangan diatur dandivariasi dari 0 kV sampai dengan tegangan 300 kVdengan interval tiap 25 kV sebagai fungsi arusdischarge. Adapun jenis pengujian yang dilakukanadalah:

I. Pengaruh perubahan tegangan terhadap arusbocor (discharge) pada suhu 22°C dan tingkatkelembabam udara 58% pada kondisi

feedthrough di udara.




2. Pengaruh perubahan tegangan terhadap arusbocor (discharge) pada suhu 22°C dan tingkatkelembabam udara 58% pad a kondisi

feedthrough di isolasi.Pad a Gambar 5 ditunjukkan skema

pengujian tegangan dadal (breakdown voltage).

HV

Flange

Gambar 5. Skema pengujian tegangan dadal

HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada Tabel I adalah hasil pengujianpengaruh perubahan tegangan dadal (breakdownvoltage) terhadap arus bocor pada suhu 22°C dantingkat kelembaban udara 58% pada kondisifeedthrough di udara.

Tabel I. Hasil pengujianfeedthrough di udara

Tegangan Arus bocorKeterangantinggi (kV) ( IlA)

0

0

25

0

50

0

75

0

100

0

125

0

150

0

175

0

180

0Discharze di udara200

Oi hentikan225

Oi hentikan

Dari Tabel I dapat dilihat selama tegangantinggi dinaikkan dari 0 kV sampai dengan ]75 kV

naik secara linier, artinya kemampuan sifatdielektrikum dari bahan terse but masih mampumenahan beda tegangan kerja yang diberikan. Padakondisi ini dipertahankan beberapa saat,dimungkinkan bila terjadi korona atau yang lainkurang lebih 15 menit belum menunjukkan adanyagejala itu, tegangan tinggi kemudian dinaikkan lagidan ketika mencapai tegangan 180 kV mendadakterjadi discharge. Tegangan tinggi mengalami aruslebih menycbabkan sensor sistem proteksi riset,sehingga sumber tegangan tinggi mati. Pada saatpengamatan DC-IlA, sekala meter sarna sekali tidakbergerak dan tetap pada posisi nol. Hal tersebutmenunjukkan bahwa terjadi discharge melaluiudara, bisa karena pengaruh lingkungan yanglembab atau permukaanfeedthrough yang tidak rataakan mudah sekali memicu terjadinya discharge.Bila sifat dielektrikum suatu bahan dadal sebelum

tegangan yang diberikan sampai batas maksimal,biasanya ditandai percikan muatan yang pelansekali dan pada meter ada kejutan jarum yangkontinyu, sehingga dari peristiwa tersebut bisadiyakinkan terjadi discharge melalui udara.

Pada Tabel 2 ditunjukkan hasil pengujianpengaruh perubahan tegangan dadal (breakdownvoltage) terhadap arus bocor pada suhu udara 22°Cdan tingkat kelembaban udara 58% pada kondisifeedthrough diberi pelindung (shielding).

Tabel 2. Hasil pengujian feedthrough diberipelindung (shielding)

Tegangan Arus bocorKeterangantinggi ck V) (uA)

0

0

25

0

50

0

75

0

100

0

125

0

150

0

175

0

180

0

200

0Ter:jadi korona225

0Teriadi korona250

0Terjadi korona275

0Terjadi korona300

0Terjadi korona

Pada pengujian selanjutnya feedthroughdilengkapi dengan pelindung (shielding)menggunakan isolator dari plastik mika tebal 0,2mm digulung dimasukkan pacta keluaran terminal


PROSIDING SEMINAR

PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR


Kabel terisolui tegang:an tinggi

330

410

Gambar 6. Skema hubungan antar feedthrough [2]

elektrode feedthrough dan dibuat seperti pada saatpemasangan pada sumber tegangan tinggi MBE.Dari Tabel 2 dapat dilihat bahwa perlakuanpengaturan untuk menaikkan tegangan adalah sarnadengan pengujian pertama, tegangan tinggidinaikkan dengan interval 25 kY mulai dari 0 kYsampai dengan 300 kY. Perlakuan pengaturantegangan mulai dari 175, 180, 200, 225, 250, 275dan 300 kY masing-masing dipertahankan beberapasaat untuk mengetahui bila terjadi discharge. Daritegangan 0 kY sampai dengan 175 kY tegangancukup linier, tegangan terus diperbesar dan ketikamencapai 200 kY terdengar suara desah kecil,tegangan diperbesar lagi sampai 300 kY temyatasuara desah semakin besar sebanding dengannaiknya tegangan, tetapi tidak sampai menyebabkantegangan dadal. Suara desah ini merupakan lucutanmuatan yang terjadi di sekeliling bahan isolatortersebut, tetapi tidak mampu menembus sampaiterjadi discharge. Hal ini menunjukkan bahwa sifatdielektrikum dari bahan resin yang digunakandalam pembuatan feedthrough mampu menahanbed a potensial tegangan kerja 300 kY (tegangankerja MBE 300 keY/20 mA) pada kondisi suhuudara 22°e dan tingkat kelembaban udara 58%.

Dalam rancangan pemasangan feedthroughpada sumber tegangan tinggi (SIT), antara

feedthrough satu dengan feedthrough yang lainkarena bekerja di daerah tegangan tinggi, kabelyang digunakan dipilih yang isolasinya tahanterhadap tegangan tinggi dan bagian sisi luar masihditutup menggunakan pipa dari karet silicon,sehingga akan memperkecil adanya korona maupun

discharge. Sedangkan skema hubungan antarfeedthrough tersebut dapat dil~hat pada Gambar 6.

KESIMPULAN

Dari hasil pengujian tegangan dadal padafeedthrough sumber tegangan tinggi mesin berkaselektron (MBE) 300 keY/ 20 mA menunjukkanbahwafeedthrough yang diletakan di udara terbuka,terjadi tegangan dadal (breakdown voltage) pad a180 kY, suhu udara 22°e dan tingkat kelembabanudara 58%. Sedangkan untuk feedthrough yangdilengkapi dengan pelindung (shieding) dari plastikmika, pada kondisi tegangan hingga 300 kY tidakterjadi tegangan dadal. Hal tersebut menunjukkanbahwa sifat dielektrikum dari bahan resin yangdigunakan dalam pembuatan feedthrough mampumenahan beda potensial tegangan kerja 300 kY(tegangan kcrja MBE 300 keY/20 mA). Dari haltersebut dapat diartikan bahwa feedthrough yangtelah dibuat dapat digunakan sebagai mediapenghubung di daerah tegangan tinggi.

UCAPAN TERIMA KASIH

Ucapan terima kasih kami sampaikankepada Bapak Djasiman, ST dan Saefurochman, STyang telah membantu memberikan masukansehingga tugas dalam pengujian feedthrough inidapat diselesaikan.

DAFT AR PUST AKA

1. RUDI FITRIADI, SUT ARDI, "RancangBangun Alat Uji Tegangan Dadal Untuk Media



Pusot Teknologi Akselerotor don Proses BahanYogyakarta, 28 Agustus 2008

Dielektrikum Zat Cair", Skripsi STTN-BATANYogyakarta, 2006.

2. SAEFURROCHMAN, "Rancang BangunFeedthrough Tegangan Tinggi Untuk MBELateks 300 keY/ 20 mA", Laporan TeknisBTAFN, Yogyakarta, 2007.

TANYA JAWAB

Tundjung~ Mengapa pada pengujian feedthrough di suhu 22

DC?

Suhartono

~ Untuk memenuhi persyaratan yang teiahditetapkan agar tegangan tinggi tidak mudahdischarge, yaitu antara suhu 200e sampaidengan 25°e, di atas suhu tersebut teganganmudah discharge. Sebagai acuan bahwategangan dadal di udara pada suhu 200e

dengan ke/embaban 50% pada jarak 1 cmadalah 30kV.


pengujian tegangan dadal feedthrough sumber …

Documents