Dasar Partial Discharge

Definisi dari partial discharge (peluahan sebagian) atau yang disingkat PD menurut IEC 60270 adalah peluahan listrik lokal yang hanya menjembatani sebagian isolasi di antara konduktor dan yang mungkin terjadi dekat dengan konduktor. Bonggas L. Tobing menyebutkan bahwa partial discharge adalah peluahan listrik pada medium isolasi yang terdapat di antara dua elektroda berbeda tegangan, dimana peluahan tersebut tidak sampai menghubungkan kedua elektroda secara sempurna, sedangkan menurut G.J. Paoleti dan A. Golubev menyebutkan bahwa partial discharge adalah pulsa listrik atau peluahan pada void yang berisi gas atau pada suatu permukaan dielektrik suatu sistem isolasi padat maupun cair yang hanya sebagian menjembatani sela antara isolasi fasa ke ground atau fasa ke fasa isolasi. Teori partial discharge mencakup analisis
dari material atau bahan, medan listrik, karakteristik, perkembangan dan penurunan gelombang pulsa, sensitifitas sensor, respon frekuensi dan kalibrasi, noise dan interpretasi data.

Aktivitas PD dapat disebabkan oleh beragam cacat atau penuaan seperti void (rongga), contaminants (ketidakmurnian), protrusions (tonjolan), tracking dari electrical trees dan lain-lain.  Sebagai tambahan yang menyebabkan penuaan elektrik, aktivitas PD juga ditandai penuaan termal, mekanik, dan lingkungan pada peralatan tegangan tinggi. Peristiwa PD tidak dengan segera menjadikan kegagalan isolasi, tetapi PD secara berangsur-angsur menurunkan kualitas isolasi dan mengkikis material dielektrik yang akhirnya mendorong kearah kegagalan sempurna. PD dapat digambarkan sebagai pulsa listrik atau peluahan pada suatu rongga berisi gas atau pada sebuah permukaan dielektrik dari sistem isolasi cair, padat maupun gas. Peluahan ini hanya menjembatani secara sebagian celah antara isolasi fasa ke ground atau isolasi antara fasa ke fasa.

Void mungkin dapat menempati antara konduktor tembaga dan dinding isolasi, atau internal isolasi itu sendiri, di antara dinding isolasi luar dan kerangka tertanahkan, ataupun di sepanjang permukaan isolasi. Pulsa-pulsa terjadi pada frekuensi tinggi, oleh karena itu pulsa PD terjadi secara cepat menuju ke ground. Peluahan ini merupakan busur api yang cukup kecil yang terjadi dalam sistem isolasi, karena itu menjadi makin buruknya isolasi dan sering kali menghasilkan kegagalan isolasi sempurna. 

Secara umum, rongga yang terisi gas dalam sebuah isolasi padat mempunyai permitivitas dan kekuatan breakdown yang lebih rendah dibandingkan dengan material isolasi itu sendiri. Karena permitivitasnya yang lebih rendah  memperbesar medan listrik di dalam rongga, umumnya gas yang berada di dalam akan mengalami breakdown sebelum isolasinya. Partial discharge (PD) terjadi sewaktu medan listrik yang timbul pada void melebihi level kekuatan breakdown pada gas dalam void.

Sewaktu tegangan AC diberikan, dalam kondisi tertentu ada level tegangan dimana breakdown tidak akan terjadi melalui void yang berisi gas. Tegangan ini dinamakan tegangan insepsi (V_i)^[9]. Tegangan insepsi pada void yang berisi gas tergantung pada keadaan alami isolasi, jenis gas dalam isolasi, bentuk dan ukuran dari void, tekanan dan temperatur. Syarat terjadinya PD yaitu adanya elektron (muatan) dan jika tekanan medan listrik yang diterapkan melebihi nilai kritis insepsi PD tersebut^[5] atau bisa dikatakan tegangan yang diterapkan lebih besar dari tegangan insepsi PD. Meskipun tegangan meningkat dan mencapai tegangan percik (spark voltage), tidak akan ada discharge sampai sebuah elektron penyebab avalanche timbul untuk menginisiasi PD. Ketersediaan (availability) dari elektron penyebab ini merupakan proses yang stokastik, yang merupakan penyebab dari ciri stokastik dari partial discharge. Partial discharge dalam sebuah void akan menyebabkan degradasi akibat tumbukan ion atau reaksi kimia.

Proses partial discharge merupakan proses yang cepat. Arus yang berhubungan dengan proses ini mempunyai tipikal rise time sekitar 1 ns dan fall time sekitar 4 ns. Ditinjau dari fisik, pulsa PD disusun oleh dua pembawa muatan yaitu pembawa muatan negatif (elektron) dan pembawa muatan positif (ion). Karena mobilitas elektron jauh lebih besar daripada ion, maka arus akibat elektron besar tetapi segera habis dan berkontribusi pada daerah rise time, sedangkan arus akibat ion mengalir pada periode yang lebih lama sehingga kecil dan berkontribusi pada daerah ekor.

sumber : (bahan ajar kuliah gejala Medan Tinggi UNDIP)