Pelepasan Corona: Cara Mengurangi Efek Corona

Corona Discharge, juga dikenal sebagai Efek Corona, adalah fenomena pelepasan listrik yang terjadi ketika konduktor yang membawa tegangan tinggi mengionkan fluida di sekitarnya, seringkali udara. Efek corona akan terjadi pada sistem tegangan tinggi kecuali perhatian cukup dilakukan untuk membatasi kekuatan medan listrik di sekitarnya.

Karena pelepasan corona melibatkan hilangnya energi, para insinyur berusaha mengurangi pelepasan corona untuk meminimalkan hilangnya daya listrik, produksi gas ozon, dan gangguan radio.

Pelepasan corona dapat menyebabkan suara desisan atau retakan yang terdengar saat mengionkan udara di sekitar konduktor. Ini umum terjadi pada garis transmisi listrik tegangan tinggi. Efek corona juga dapat menghasilkan cahaya violet, produksi gas ozon di sekitar konduktor, gangguan radio, dan hilangnya daya listrik.

Apa itu Efek Corona?

Efek corona terjadi secara alami karena udara bukanlah isolator sempurna—mengandung banyak elektron bebas dan ion dalam kondisi normal. Ketika medan listrik dibentuk di udara antara dua konduktor, ion dan elektron bebas di udara akan mengalami gaya. Karena efek ini, ion dan elektron bebas akan dipercepat dan bergerak ke arah yang berlawanan.

Partikel bermuatan selama gerakan mereka bertabrakan satu sama lain dan juga dengan molekul tidak bermuatan yang bergerak lambat. Dengan demikian, jumlah partikel bermuatan meningkat dengan cepat. Jika medan listrik cukup kuat, akan terjadi keruntuhan dielektrik udara dan busur akan terbentuk antara konduktor.

Transmisi tenaga listrik menangani transfer besar-besaran energi listrik, dari stasiun pembangkit yang terletak beberapa kilometer jauhnya dari pusat konsumsi utama atau kota. Oleh karena itu, konduktor transmisi jarak jauh sangat diperlukan untuk transfer daya yang efektif—yang secara tidak langsung menghasilkan kerugian besar di seluruh sistem.

Meminimalkan kerugian energi ini telah menjadi tantangan utama bagi insinyur tenaga listrik. Pelepasan corona dapat secara signifikan mengurangi efisiensi jalur EHV (Extra High Voltage) dalam sistem tenaga listrik.

Dua faktor penting untuk terjadinya pelepasan corona:

1. Perbedaan potensial listrik bolak-balik harus disediakan di sepanjang garis.

2. Jarak antara konduktor harus cukup besar dibandingkan dengan diameter garis.

Ketika arus bolak-balik dialirkan melalui dua konduktor dari garis transmisi yang jaraknya besar dibandingkan dengan diameternya, udara di sekitar konduktor (terdiri dari ion) terekspos tekanan dielektrik.

Pada nilai rendah dari tegangan pasokan, tidak ada yang terjadi karena tekanannya terlalu kecil untuk mengionkan udara di luar. Tetapi ketika perbedaan potensial meningkat melewati nilai ambang batas tertentu (dikenal sebagai tegangan gangguan kritis), kekuatan medan menjadi cukup kuat untuk udara di sekitar konduktor mendissosiasi menjadi ion—membuatnya konduktif. Tegangan gangguan kritis ini terjadi sekitar 30 kV.

Udara yang terionisasi menghasilkan pelepasan listrik di sekitar konduktor (karena aliran ion tersebut). Hal ini menghasilkan cahaya redup, bersama dengan suara desisan yang disertai pembebasan gas ozon.

Fenomena pelepasan listrik yang terjadi pada garis transmisi tegangan tinggi dikenal sebagai efek corona. Jika tegangan di sepanjang garis terus meningkat, cahaya dan suara desisan menjadi semakin intens—menyebabkan hilangnya daya yang tinggi pada sistem.

Faktor yang Mempengaruhi Kerugian Corona

Tegangan garis konduktor adalah faktor penentu utama untuk pelepasan corona di garis transmisi. Pada nilai tegangan rendah (kurang dari tegangan gangguan kritis), tekanan pada udara tidak cukup tinggi untuk menyebabkan keruntuhan dielektrik—dan oleh karena itu tidak terjadi pelepasan listrik.

Dengan meningkatnya tegangan, efek corona pada garis transmisi terjadi karena pengionan udara atmosfer di sekitar konduktor—utamanya dipengaruhi oleh kondisi kabel serta keadaan fisik atmosfer. Faktor-faktor utama yang mempengaruhi pelepasan corona adalah:

• Kondisi Atmosfer

• Kondisi Konduktor

• Jarak Antara Konduktor

Mari kita lihat faktor-faktor ini lebih detail:

Kondisi Atmosfer

Gradien tegangan untuk keruntuhan dielektrik udara berbanding lurus dengan kepadatan udara. Akibatnya, pada hari-hari badai, jumlah ion di sekitar konduktor meningkat karena aliran udara yang berkelanjutan, membuat pelepasan listrik lebih mungkin terjadi daripada pada hari cuaca cerah.

Sistem tegangan harus dirancang untuk menampung kondisi ekstrem ini.

Kondisi Konduktor

Dampak corona sangat bergantung pada konduktor dan kondisi fisiknya. Fenomena ini berbanding terbalik dengan diameter konduktor, yang berarti peningkatan diameter secara signifikan mengurangi efek corona.

Selain itu, keberadaan kotoran atau permukaan kasar pada konduktor mengurangi tegangan keruntuhan kritis, membuat konduktor lebih rentan terhadap kerugian corona. Faktor ini sangat signifikan di kota-kota dan area industri dengan polusi tinggi, di mana strategi mitigasi sangat penting untuk mengatasi dampak negatifnya pada sistem.

Jarak Antara Konduktor

Jarak antara konduktor adalah elemen krusial untuk pelepasan corona. Untuk terjadinya pelepasan corona, jarak antara garis harus jauh lebih besar daripada diameternya.

Namun, jika jarak terlalu besar, tekanan dielektrik pada udara berkurang, mengurangi efek corona. Jika jarak terlalu besar, corona mungkin tidak terjadi sama sekali di wilayah garis transmisi tersebut.

Strategi untuk Mengurangi Pelepasan Corona

Mengingat pelepasan corona selalu mengakibatkan hilangnya daya dalam bentuk cahaya, suara, panas, dan reaksi kimia, sangat penting untuk menerapkan strategi untuk meminimalkan kejadiannya di jaringan tegangan tinggi.

Pelepasan corona dapat dikurangi dengan:

• Meningkatkan ukuran konduktor: Diameter konduktor yang lebih besar menghasilkan penurunan efek corona.

• Meningkatkan jarak antara konduktor: Peningkatan jarak konduktor mengurangi efek corona.

• Menggunakan konduktor bundel: Konduktor bundel meningkatkan diameter efektif konduktor—sehingga mengurangi efek corona.

• Menggunakan cincin corona: Medan listrik lebih kuat di titik-titik kelengkungan konduktor yang tajam, sehingga pelepasan corona pertama kali terjadi di titik-titik tajam, tepi, dan sudut. Cincin corona, yang terhubung listrik ke konduktor tegangan tinggi, mengelilingi titik-titik di mana efek corona paling mungkin terjadi. Mereka secara efektif ‘melunakkan’ konduktor, mengurangi kekerasan permukaan konduktor, dan mendistribusikan muatan di area yang lebih luas, sehingga mengurangi pelepasan corona. Cincin corona digunakan pada terminal peralatan tegangan sangat tinggi (seperti pada bushing trafo tegangan tinggi).

Pelepasan Corona dan Arus

Pemeriksaan lebih dekat terhadap hubungan antara pelepasan corona dan arus mengungkap wawasan lebih lanjut tentang dampak fenomena ini pada sistem tegangan tinggi.

Peran Arus dalam Pelepasan Corona

Aliran muatan listrik memainkan peran vital dalam terjadinya pelepasan corona. Ketika tegangan tinggi diterapkan pada garis transmisi, arus yang mengalir melalui konduktor menciptakan medan listrik di sekitarnya.

Medan listrik ini mengionkan molekul udara di sekitar konduktor, menghasilkan efek corona.

Magnitude arus yang mengalir melalui garis transmisi berbanding lurus dengan keparahan pelepasan corona. Tingkat arus yang lebih tinggi menghasilkan medan listrik yang lebih kuat, mengarah pada pengionan yang lebih banyak dan kemungkinan terjadinya pelepasan corona yang lebih tinggi.

Arus dan Kerugian Corona