Kegagalan listrik

Istilah kegagalan listrik (Inggris: electrical breakdown), atau tembus listrik atau dadalan elektrik, memiliki sejumlah arti. Istilah ini bisa berarti gangguan pada sebuah sirkuit listrik. Kegagalan listrik bisa pula berarti berkurangnya hambatan dengan amat pesat pada sebuah isolator elektrik yang menyebabkan lompatan bunga api listrik di sekeliling atau di sepanjang isolator. Peristiwa ini bisa hanya bersifat sementara (seperti dalam sebuah pengosongan elektrostatik), atau bisa pula menyebabkan pengosongan busur elektrik yang berlangsung terus-menerus jika peranti pelindung gagal merintangi arus dalam sebuah sirkuit daya tinggi.

Menyunting Kegagalan listrik

Kesalahan pada sistem elektrik

Arti dari electrical breakdown yang paling umum berhubungan dengan mobil dan merupakan gangguan pada jaringan listrik yang berakibat pada hilangnya fungsi kendaraan. Permasalahan yang umum terjadi bisa berupa pengosongan baterai, kegagalan alternator, kabel yang rusak, ledakan sekering, dan kerusakan pada pompa bahan bakar.

Kegagalan isolator elektrik

Arti electrical breakdown yang kedua merujuk pada kegagalan isolatornya sebuah kabel listrik atau komponen listrik yang lain. Kegagalan seperti ini biasanya mengakibatkan hubungan pendek atau sekering yang meledak. Ini terjadi pada tegangan dadal. Kegagalan isolator yang sesungguhnya sering terjadi dalam penerapan tegangan tinggi yang kadang-kadang menyebabkan pembukaan sebuah pemutus sirkuit pelindung. Electrical breakdown sering pula diasosiasikan dengan kegagalannya bahan isolasi padat atau cair yang digunakan dalam kondensator maupun transformator tegangan tinggi di kabel distribusi listrik. Electrical breakdown juga bisa terjadi di sepanjang sejumlah dawai isolator yang dipasang pada saluran listrik, di dalam kabel listrik bawah tanah, atau kabel yang membusur pada cabang pohon terdekat. Dalam tekanan listrik yang cukup kuat, electrical breakdown bisa berlangsung di dalam zat padat, cair, atau gas. Namun, mekanisme kegagalan yang spesifik sangat berbeda di setiap fase dielektrik. Kesemua ini menyebabkan kerusakan instrumen yang membahayakan.

Peranti disruptif

Peranti disruptif merupakan peranti berdielektrik, lalu mendapat tekanan melebihi kuat dielektriknya, yang memiliki electrical breakdown. Hal ini berakibat pada perubahan tiba-tiba pada bagian bahan dielektrik yang semula bersifat menghambat listrik menjadi bersifat konduktif. Adapun ciri dari perubahan ini adalah terbentuknya bunga api listrik, dan bisa juga busur elektrik melalui bahan tadi. Jika hal ini terjadi di dalam perubahan kimiawi, fisik, dan dielektrik padat di sepanjang jalur lucutan/pengosongan maka kuat dieletriknya bahan akan berkurang secara signifikan.

Mekanisme

Electrical breakdown terjadi di dalam sebuah gas (atau campuran berbagai gas, seperti udara) saat gas itu memiliki kuat dielektrik yang berlebihan. Kawasan tekanan listrik yang tinggi bisa menyebabkan gas di dekatnya mengalami ionisasi sebagian dan mulai bersifat konduktif. Hal ini dilakukan dengan sengaja dalam lucutan/pengosongan bertekanan rendah seperti dalam lampu pendarfluor (lihat pula pengosongan elektrostatik) atau dalam sebuah pengendap elektrostatik.

Tembus listrik sebagiannya udara menyebabkan ozon berbau "udara segar" saat terjadi hujan badai berpetir atau ozon di sekitar peralatan tegangan tinggi. Meski udara biasanya merupakan isolator yang sempurna, tapi saat ditekan oleh tegangan tinggi (kuat medan listriknya sekitar 3 x 10⁶V/m), udah mulai terurai, menjadi bersifat konduktif sebagian. Jika tegangannya cukup tinggi, dadalan elektrik udara yang sepenuhnya akan berpuncak pada loncatan bunga api listrik atau busur elektrik yang menjembatani seluruh celah percik. Loncatan bunga api listrik yang ditimbulkan oleh listrik statis mungkin sedikit kedengaran, tapi latu elektrik yang lebih besar sering dibarengi dengan bunyi yang keras. Kilat merupakan salah satu contoh dari loncatan bunga api listrik yang sangat besar dan panjangnya mencapai bermil-mil. Warna latu elektrik tergantung pada gas-gas yang menyusun media gas.

Pengosongan elektrostatik memperlihatkan filamen-filamen plasma yang mirip kilat dari sebuah kumparan Tesla.

Jika sekering atau pemutus sirkuit gagal merintangi arus melalui latu elektrik dalam sebuah rangkaian tenaga, arus terus melaju, membentuk busur elektrik yang sangat panas. Warna latu elektrik sangat bergantung pada bahan konduktor (saat bahan konduktor itu menguap dan bercampur di dalam plasma panas di dalam busur). Meski latu dan lompatan bunga api listrik biasanya tidak diinginkan, kedua fenomena itu bisa berguna dalam penerapan sehari-hari seperti busi untuk mesin bensin, pengelasan listriknya logam, atau peleburan logam di dalam sebuah tanur busur listrik

Hubungan voltase-arus

Sebelum dadalan, terdapat hubungan non-linear di antara voltase dan arus seperti yang diperlihatkan dalam gambar. Dalam wilayah 1, terdapat ion-ion bebas yang bisa diakselerasikan oleh medan dan menginduksikan arus. Ion-ion bebas akan dijenuhkan setelah tegangan tertentu dan memberikan arus yang konstan, wilayah 2. Wilayah 3 dan 4 disebabkan oleh longsoran ion sebagaimana yang dijelaskan oleh mekanisme lucutan Townsend.

Dadalan korona

Tembus sebagiannya udara terjadi saat sebuah lucutan korona pada konduktor tegangan tinggi di titik-titik bertekanan listrik tertinggi. Saat kuat dielektriknya bahan di sekitar konduktor menentukan kekuatan maksimalnya medan listrik bahan tersebut bisa bertahan sebelum menjadi bersifat konduktif, konduktor yang terdiri dari titik-titik yang tajam, atau bola berjari-jari kecil, yang lebih cenderung menyebabkan dadalan dielektrik. Kadang-kadang korona tampak seperti bercahaya kebiru-biruan di sekitar kabel tegangan tinggi dan mengeluarkan suara mendesis di sepanjang saluran listrik tegangan tinggi. Korona menghasilkan pula derau (noise) radio frequency yang juga bisa terdengar bersuara 'statis' atau berdengung pada penerima radio. Korona bisa pula terjadi secara alami di titik atau ujung yang tinggi (seperti puncak menara gereja, puncak pohon, atau tiang layar kapal) sewaktu terjadi hujan badai berpetir seperti api St. Elmo.

Meski biasanya tidak diinginkan, sampai sekarang lucutan korona berperan penting dalam operasi mesin fotokopi dan pencetak laser. Kebanyakan mesin fotokopi modern dan pencetak laser kini memuat drum fotokonduktor sebuah gulungan konduktif bertenaga listrik, yang mengurangi polusi ozon di dalam ruangan yang tak diinginkan. Sebagai tambahan, penangkal petir menggunakan lucutan korona untuk menciptakan jalur konduktif di dalam udara yang menuju penangkal petir itu, yang membuat kilat yang berpotensi merusak berbelok menjauhi bangunan dan struktur lainnya.

Generator ozon lucutan korona telah digunakan lebih dari 30 tahun dalam proses pemurnian air. Ozone merupakan salah satu gas beracun, bahkan lebih berbahaya daripada klor. Di dalam kilang pengolahan air yang biasa, gas ozon terlarut ke dalam air yang disaring untuk membunuh bakteri serta virus. Ozon juga menghilangkan bau dan rasa yang tidak enak dari air. Kelebihan utama ozona adalah kelebihan dosisnya (residual) terurai menjadi gas oksigen sebelum air mencapai para konsumen. Beda dengan klor yang tetap berada di air dan bisa dirasakan oleh konsumen.

Lucutan korona digunakan pula untuk memodifikasi sifat-sifat permukaan dari sebagian besar polimer. Salah satu contohnya adalah pengolahan koronanya bahan-bahan dari plastik yang membolehkan cat atau tinta melekat dengan sepantasnya.

Lihat pula

• Pengukuran
• Lucutan korona
• Kumparan pengapian
• Nikola Tesla
• Robert J. Van de Graaff