Korona

Pengertian Korona

Menurut definisinya korona merupakan hasil terakselerasinya ionisasi dibawah pengaruh suatu medan listrik. Ini merupakan proses fisika dimana struktur molekul netral atau atom diubah akibat benturan atom atau molekul netral dengan elektron bebas, photon atau ion negatif.

Korona merupakan salah satu jenis peluahan parsial yang terjadi pada bahan dielektrik peralatan listrik, dimana peluahan yang terjadi tidak menjembatani ruang antara elektroda-elektroda yang didiami dielektrik tersebut (peluahan yang tidak mengakibatkan terjadinya tembus listrik). Dalam pengoperasian peralatan listrik, fakta dilapangan menunjukkan bahwa korona dapat memperpendek usia sistem isolasi peralatan dan dapat mengganggu hubungan, kendali, dan pengukuran kelistrikan. Oleh karena itu, korona dapat menjadi sumber rugi-rugi ekonomis, antara lain: perbaikan dan penggantian peralatan listrik, keamanan yang berkurang, efisiensi pengoperasian sistem komunikasi, dan gangguan pelayanan kepada konsumen. Rugi-rugi ekonomis ini dapat dicegah dengan menguji peralatan dan sistem yang bertujuan untuk membuktikan korona tidak akan menghasilkan pengaruh yang dapat mengganggu operasional peralatan, dimana pengujian ini dilakukan sesuai dengan spesifikasi peralatan.

Tujuan Pengujian dan Pengukuran Korona

Umumnya pengujian dan pengukuran korona dimaksudkan untuk beberapa tujuan, antara lain:

1. Untuk mengindikasikan kehadiran atau ketidakhadiran korona dalam sistem isolasi peralatan dan rangkaian listrik, atau dalam struktur yang dibuat dari bahan isolasi tetapi digunakan hanya untuk tujuan mekanis (seperti isolator penyokong pada gardu induk). Dalam  hal ini, kehadiran korona digunakan sebagai indikasi adanya retakan, kebocoran atau rongga dalam material yang dapat mengurangi kekuatan mekanis struktur bahan.
2. Digunakan secara luas dalam penelitian dan pengembangan, kendali mutu pada berbagai tahapan dalam proses produksi, produksi akhir dan penerimaan pengujian.
3. Digunakan sebagai salah satu perawatan sistem dan peralatan listrik yang terpasang.

Dalam aplikasi industri dan komersial, pengujian dan pengukuran korona dilakukan dalam hal:

1. Menghasilkan ozon
2. Pembuangan partikel debu pada sistem pendingin ruangan
3. Pemusnahan bahan organik yang mudah menguap yang tidak diinginkan, seperti pestisida kimia, bahan pelarut, senjata kimia yang terdapat di atmosfir
4. Perawatan permukaan film polimer untuk meningkatkan kesesuaian (kompatibilitas) dengan perekat atau tinta cetak
5. Fotokopi, Fotografi Kirlian, dan yang lainnya

Sifat Korona

Setiap sistem isolasi atau elektroda dimana korona dapat terjadi merupakan sumber korona. Wilayah dimana korona terjadi disebut lokasi korona (corona sites).

Gejala Korona Pada Sistem Tegangan Tinggi

Gejala Umum
Dengan semakin besarnya energi listrik yang disalurkan melalui kawat transmisi, maka makin tinggi pula kerugiannya, Namun hal ini dapat diminimalkan dengan menaikkan tegangan dari kawat tersebut, seperti telah dijelaskan pada artikel tegangan transmisi dan rugi-rugi daya. Akan tetapi dengan menaikkan tegangan kerja transmisi, akan timbul pula faktor-faktor lain yang dahulunya belum kelihatan dan masih diabaikan.

Adapun faktor-faktor itu diantaranya:
• Adanya gejala korona yang semakin menonjol, yang berakibat adanya kerugian energi dan gangguan RI (radio interference) yang sifatnya merugikan.
• Dengan semakin tingginya tegangan maka timbul persoalan mengenai isolasi kawat, bentuk tower dan mungkin prosedur pengoperasiannya yang berbeda.
• Timbulnya masalah isolasi pada alat-alat yang menyebabkan perubahan konstruksi sehingga perlu menyelidiki lebih lanjut mengenai bahan-bahan isolasi.

Semua hal tersebut diatas, mengakibatkan kenaikan investasi yang lebih tinggi sehingga diperlukan penyelidikan, penyesuaian konstruksi, operasi dan lain-lain. Sedangkan persoalan yang akan dibahas disini hanyalah masalah yang pertama, yaitu timbulnya gejala korona.

Gejala Korona
Elektron yang bebas bergerak diudara umumnya berasal dari radiasi radio-aktif yang terdapat di alam bebas dan juga dengan adanya sinar kosmik. Elektron-elektron yang posisinya dekat dengan kawat trasnmisi dipengaruhi oleh adanya medan listrik yang menuju ke atau menjauhi kawat tersebut.

Selama gerakannya ini, elektron yang melewati gradient medan listrik akan bertubrukkan dengan molekul dari udara, yang kemudian terjadi ionisasi pada molekul tersebut. Karena adanya ionisasi tersebut, maka akan terdapat ion positif dan elektron yang bebas, yang akan akan mendorong terjadinya ionisasi lanjutan. Proses ini berkelanjutan yang kemudian membentuk banjiran elektron (avalance).

Bilamana banjiran elektron ini melintasi dua kawat yang sejajar, maka ia akan menyebabkan terjadinya perubahan pembagian gradient tegangan-tegangan dari udara diantara kedua kawat tersebut dan penataan kembali dari gradient ini dapat menyebabkan harga tegangannya melampaui kekuatan (tegangan breakdown) dari udara. Ini akan menyebabkan terjadinya kegagalan dari sifat isolasi yang dimiliki oleh udara yang terletak disekitarnya.

Bilamana penataan kembali ini hanya menyebabkan sebagian perubahan potensial gradient dari udara, misalnya hanya daerah sekitar kawat saja yang mengalami perubahan, maka perubahannya terbatas hanya pada satu kawat saja.

Oleh karena itu korona disifatkan sebagai:

“Terjadinya suatu pelepasan muatan yang bermula pada permukaan dari suatu kawat bila nilai medan listrik pada permukaan kawat itu melampaui nilai tertentu”
Sedangkan nilai tertentu tersebut adalah harga medan listrik dimana pada saat itu mulai terjadinya pelepasan muatan ke udara sekitarnya. Gejala ini dapat terjadi pada segala macam kawat, tidak peduli seberapa besar diameter kawat tersebut, asalkan diberi tegangan yang cukup tinggi. Didalam prakteknya, hal ini akan terjadi bila tegangan antara kawat fasa melebihi 100 kV. Namun bisa saja pada tegangan dibawah itu dapat terjadi,korona asalkan syarat-syarat untuk terjadinya korona sudah terpenuhi.

Korona Pada Dielektrik Gas

Terjadinya ionisasi dibawah pengaruh medan listrik dapat terjadi pada setiap gas yang memiliki kekuatan dielektrik yang relatif rendah. Dalam gas elektronegatif, seperti sulfohexafluoride atau freon, ionisasi terjadi pada kuat medan listrik yang lebih tinggi.

Mekanisme terjadinya korona di udara (gas) dapat dijelaskan sebagai berikut:

Elektron bebas yang terdapat di udara terakselerasi menuju anoda akibat adanya gaya yang ditimbulkan oleh medan listrik hadir diantara dua elektroda yang diberi tegangan. Dalam perjalanannya menuju anoda, elektron bebas tersebut membentur atom atau molekul netral dengan energi kinetis yang besar (melebihi energi ikat muatan atom atau molekul bebas) yang menyebabkan terlemparnya elektron atom atau molekul bebas tersebut dari lintasan atomnya sehingga menghasilkan elektron bebas baru dan ion positif. Peristiwa ini terjadi selama medan listrik berlangsung, sehingga menyebabkan terjadinya banjiran elektron ataupun ion positif pada dielektrik.

Akibat salah satu elektroda lebih runcing dibandingkan yang lain, maka kuat medan listrik (E_r) dibagian elektroda yang runcing akan lebih tinggi dibandingkan kuat medan listrik ditempat (E) lain. Apabila kuat medan listrik (E_r) ini lebih tinggi dibandingkan kekuatan dielektrik (KD) udara, maka akan terjadi tembus listrik. Tetapi karena medan listrik Er hanya terjadi didaerah yang runcing, maka tembus listrik hanya akan terjadi di daerah ini, sedangkan daerah lain belum mengalami tembus listrik (E lebih kecil daripada KD). Peristiwa inilah yang disebut dengan korona

Apabila udara tersebut digabungkan dengan minyak sebagai bahan isolasi, maka KD udara akan lebih tinggi disatu pihak, sedangkan dilain pihak KD minyak akan menjadi lebih rendah. Dalam perancangan sistem isolasi, pengaturan antara pemakaian jenis dielektrik sering menjadi perhatian, karena disamping dapat menguntungkan pemakaian peralatan dapat juga menjadi kerugian sistem.

Korona Akibat Tegangan AC

Pada tegangan AC, korona positif dan korona negatif dapat terjadi secara bergantian. Pada tegangan menaik, korona negatif muncul pertama sekali, Mekanisme Townsend menyebabkan umpan balik (feedback) pada katoda (negatif) pada kekuatan medan listrik yang relatif rendah. Jika tegangan dinaikkan, sejumlah peluahan dapat sering terjadi.

Jika tegangan dinaikkan lebih tinggi lagi, peluahan terjadi pada setengah siklus positif juga. Peluahan-peluahan ini, yang dapat dijelaskan oleh mekanisme streamer, lebih besar dan tidak teratur.

Pengaruh Korona Pada Kinerja Peralatan Listrik

Pada peristiwa korona terjadi pemindahan muatan elektron dalam suatu wilayah tertentu dalam material pengisolasi. Gejala listrik ini pada dasarnya adalah peluahan listrik karena energi hilang darinya dan daya didisipasikan. Peluahan seperti itu disamakan dengan peristiwa pembombardiran nuklir terhadap material ditempat terjadinya peluahan. Pada saat yang bersamaan, panas dihasilkan dalam wilayah ini.

Diluar material isolasi, peluahan yang terjadi menghasilkan arus transien yang mengalir ke dalam rangkaian yang terhubung dengan elektroda sistem isolasi ditempat terjadinya korona. Pulsa-pulsa arus ini memiliki waktu naik cepat dan durasinya juga cepat karena mereka merupakan hasil pergerakan muatan yang sangat cepat. Ukuran, amplitudo dan frekuensi timbulnya pulsa dapat sangat bervariasi karena pulsa ini dipengaruhi oleh banyak variabel.

Berikut ini akan dijelaskan lebih jauh pengaruh-pengaruh korona pada peralatan listrik.

Pengaruh Korona Terhadap Material

Korona yang disertai dengan pembombardiran elektron atau ion digabung dengan pengaruh pemanasan yang intens, dapat membuat erosi pada material, merusak atau merubah struktur atom atau molekul material, dan menghasilkan material baru yang tidak ada sebelumnya sebagai akibat proses perubahan struktur. Material baru ini dapat bereaksi secara kimiawi dengan beberapa material lain didaerah dimana korona terjadi. Reaksi ini dapat mengakibatkan korosi.

Pengaruh Korona Pada Komunikasi, Kendali dan Pengukuran Listrik

Arus pulsa yang dihasilkan oleh korona dalam rangkaian peralatan dapat memiliki waktu puncak yang sangat singkat, frekuensi kejadian yang tinggi dan amplitudo yang sesuai untuk mensimulasi, memalsukan, mendistorsi atau memalsukan sinyal yang digunakan dalam komunikasi, kendali, dan pengukuran. Arus pulsa korona ini dapat juga dapat mengalir dari rangkaian dimana pulsa ini terbentuk ke rangkaian lain, tidak hanya melalui konduksi, tetapi juga dengan kopel elektromagnetik dan elektrostatik.

Metode Pendeteksian dan Pengukuran Korona

Metode Pendeteksian Korona

Terjadinya korona dapat ditandai dengan timbulnya cahaya dan bunyi ditempat terjadinya korona tersebut, dan arus pulsa dalam rangkaian yang terhubung dengan elektroda sistem isolasi dimana korona terjadi. Berikut ini dijelaskan beberapa metode dalam mendeteksi ada tidaknya korona, antara lain:

1. Emisi cahaya yang menyertai korona digunakan dalam penelitan dimana hubungan antara arus dan waktu harus ditampilkan dengan distorsi yang sekecil mungkin. Metode ini dapat diterapkan jika tempat terjadinya korona dapat terlihat.
2. Bunyi yang dihasilkan oleh korona dapat dideteksi dengan penggunaan transducer tekanan supersonik dan receiver khusus. Metode ini dapat diterapkan hanya di tempat dimana korona terjadi merupakan lokasi sirkulasi udara bebas sehingga tekanan gelombang yang dihasilkan korona dapat mencapai tekanan supersonik transducer tanpa diperkuat. Metode ini dapat mendeteksi satu lokasi terjadinya korona yang jaraknya relatif dekat antara satu dengan yang lainnya dengan cepat dikarenakan kesensitifan transducer terhadap arah tekanan yang sangat baik.
3. Metode yang paling sering digunakan adalah menampilkan sinyal, yang berkaitan dengan pulsa-pulsa arus dan pulsa tegangan dalam rangkaian eksternal yang terhubung dengan elektroda pada sistem isolasi dimana korona terjadi.

Metode Pengukuran Korona

Metode pengukuran korona terdiri dari beberapa metode menurut jenis benda uji atau kondisi eksternal terutama derau (noise), antara lain:

Metode Pengukuran dengan Kapasitor Kopling

Pengukuran dilakukan melalui impedansi Ck dan sesuai untuk pengujian benda uji yang ditanahkan dengan kapasitas elektrostatis yang besar sebagai suatu piranti yang terpasang.

Metode Pengukuran dengan Benda Uji Tidak Diketanahkan

Pengukuran melalui terminal pentanahan dari benda uji ketika benda uji Ca dapat diisolasi ke tanah dan sesuai untuk pengujian benda uji yang tidak diketanahkan dengan kapasitas elektrostatis yang kecil.  

Metode Pengukuran dengan Rangkaian Penyeimbang

Pengukuran dengan rangkaian pendeteksi keseimbangan, contohnya, metode yang hanya mengambil peluahan internal dengan menyeimbangkan derau eksternal dengan keseimbangan input jenis BL-1 NKS detektor peluah parsial.