Isolator Listrik Kel.2

2014

ISOLATO R LI LIS S TRI TRIK  K   Tugas Ma  Tug Matta Ku Kulliah Ma Matterial Li List strrik Magnet Oleh kelom kelompok pok 2 Ikhwanuddin ! itra "ara #r S inura$a &uraini ' itri )ailani Ra$ )ulniati )urha,i,ah ' ransiskus "aruwu R iki ./endi . lsa .ka  utri S ri Anugerah "ati

10080101 10080101% 10080101( 10080101* 10080101+ 100801018 10080101100801020 10080102 10080102*

.ART.M.& 'ISIKA 'AKLTAS MAT.MATIKA A& A& ILM .&3.TA4A& . &3.TA4A& ALAM &I5.RSITAS &I 5.RSITAS SMAT.RA TARA

PENGERTIAN UMUM

adalah bahan bahan yang yang tidak tidak bisa bisa atau atau sulit sulit melaku melakukan kan perpin perpindah dahan an muata muatan n Isolator listrik  adalah listrik. listrik. Dalam bahan isolator isolator valensi elektronnya terikat elektronnya  terikat kuat pada atom-atomnya. Isolator dalam kristal padat, celah energi terlarang antara pita terisi paling atas (pita valensi) valensi) dengan  pita kosong palng rendah (pita konduksi) yang lebar, sehingga hanya sebagian kecil saja dari electron-elektron yang terangsang oleh panas (pada temperature kamar) yang dapat melompat dari pita valensi ke pita konduksi. Sehingga bahan ini merupakan penghantar (baik elektrik maupun panas) yang buruk. Bahan-b Bahan-baha ahan n ini diperg diperguna unakan kan dalam dalam alat-ala alat-alatt elektro elektronik nikaa sebaga sebagaii isolato isolator, r, atau atau  penghambat mengalirnya arus listrik. Isolator berguna pula sebagai penopang beban atau  pemisah antara konduktor tanpa membuat adanya arus mengalir ke luar atau atara konduktor. Istilah ini juga dipergunak dipergunakan an untuk menamai alat yang digunakan digunakan untuk menyangga menyangga kabel transmi transmisi si listri listrik k pada pada tiang tiang listri listrik. k.   Bebe Bebera rapa pa baha bahan, n, sepe sepert rtii kaca, kaca, kerta kertas, s, atau atau e!lon merupakan merupakan bahan isolator isolator yang sangat bagus. Beberapa bahan sintetis sintetis masih "cukup bagus" dipergunakan sebagai isolator kabel. #ontohnya plastik atau karet. Bahan-bahan ini dipilih sebag sebagai ai isol isolat ator or kabe kabell kare karena na lebi lebih h mudah mudah dibe dibent ntuk uk $ dipr dipros oses es semen sementa tara ra masi masih h bisa bisa menyumbat aliran listrik pada voltase menengah (ratusan, mungkin ribuan volt).

KARAKTERISTIK BAHAN ISOLATOR 

%arakteristik bahan isolator meliputi& 1. Sifat Elektris

Bahan penyekat penyekat mempuny mempunyai ai tahanan tahanan listrik yang besar. 'enyekat 'enyekat listrik bertujuan bertujuan untuk untuk mencegah mencegah terjadinya terjadinya kebocoran kebocoran arus listrik antara kedua penghantar penghantar yang berbeda berbeda potensial potensial atau untuk mencegah loncatan listrik ketanah. ketanah. %ebocoran %ebocoran arus listrik listrik harus dibatasi dibatasi sekecilkecilnya (tidak melampui batas yang telah ditentukan oleh peraturan yang berlaku). dapun si!at listrik yang perlu diperhatikan dalam bahan isolasi adalah& a. esis sistivitas Sesu Sesuai ai deng dengan an !ung !ungsi siny nya, a, baha bahan n isol isolas asii yang ang baik baik adal adalah ah baha bahan n isol isolas asii yang ang resistivitasnya besar tak terhingga. api pada kenyataannya bahan yang demikian itu  belum dapat diperoleh. Sampai saat ini semua bahan isolasi masih mengalirkan listrik *alaupu *alaupun n kecil kecil yang yang la+im la+im disebu disebutt dengan dengan arus arus bocor. bocor. al ini menunj menunjukk ukkan an bah*a bah*a resistansi bahan isolasi bukan tidak terbatas besarnya.

Besarnya resistansi bahan isolasi sesuai dengan hokum hm adalah&   /$I Dengan  adalah resistansi dalam satuan hm, / adalah tegangan yang dipakai dalam satuan volt dan I adalah arus yang bocor dalam satuan ampere. Beberapa hal yang harus diperhatikan sehubungan dengan resistivitas adalah& •

Setiap resistivitas akan berkurang besarnya jika suhu dinaikkan. Banyak bahan yang mempunyai resistivitas yang besar pada suhu kamar, namun turun drastis pada suhu 011o#.

•

2ntuk 2ntuk bahan bahan isolasi isolasi yang yang higrosk higroskopi opis, s, di daerah daerah yang yang lembab lembab,, resisti resistivit vitas as akan akan menurun secara mencolok 

•

esistivitas akan naik jika tegangan yang diberikan naik 

 b. 'ermitivitas Setiap bahan isolasi mempunyai permitivitas. al ini bagi bahan-bahan yang digunakan sebagai elektrik kapasitor. %apasitansi suatu kapasitor tergantung beberapa !aktor yaitu& luas permukaan, jarak antar plat kapasitor serta konstanta dielektriknya. Besarnya kapasitansi dihutung dengan persamaan&

Dengan 3 adalah permitivitas bahan dielektrik dengan satuan 4$m, h adalah jarak antar  plat kapasitro dalam satuan meter dan S adalah luas permukaan plat kapasitor dalam satuan m5. c. Sudu Sudutt ker kerug ugia ian n Diel Dielek ektr trik  ik  'ada saat bahan isolasi diberi tegangan bolak balik, maka terdapat energi yang diserap oleh bahan tersebut. kibatnya terdapat !aktor kapasiti!. Besarnya kerugian yang diserap oleh bahan isolasi adalah berbading lurus dengan tegangan, !rekuensi dan kapasitansi, serta sudut kerugian dielektrik yang ditunjukkan dalam persamaan berikut&

d. Si!a Si!att Diel Dielek ektr trik  ik  •

%ekuatan Dielektrik 

Suatu dielektrik tidak mempunyai elektron-elektron bebas, melainkan elektronelektron yang terikat pada inti atom unsur yang membentuk dielektrik tersebut. 'ada 'ada gambar gambar beriku berikut, t, ditunj ditunjukk ukkan an suatu suatu bahan bahan dielek dielektrik trik yang yang ditemp ditempatka atkan n diantara dua elektroda piring sejajar. Bila tegangan diberi tegangan searah /, maka timbul medan elektrik (6) didalam dielektrik. 7edan elektrik ini memberi gaya kepada elektron-elektron agar terlepas dari ikatannya dan menjadi elektron  bebas. Dengan kata lain, medan elektrik merupakan suatu beban yang menekan dielektrik agar berubah si!at menjadi konduktor. 8ihat gambar sebagai berikut ini&

•

ugi Dielektrik  ugi ugi-ru -rugi gi diel dielek ektr trik ik terjad terjadii jika jika ada ada peru peruba baha han n arah arah meda medan n elek elektr trik ik yang yang  berulang-ulang. leh karena itu, rugi-rugi dielektrik hanya terjadi pada medan elektrik bolak-balik, yaitu medan yang ditimbulkan makin tinggi, maka !rekuensi gesekan antar molekul akan meningkat, akibatnya rugi-rugi dielektrik semakin  besar. etapi, jika !rekuensi sangat tinggi, maka perubahan posisi dipol sangat sedikit, karena molekul harus segera kembali ke semula. Dalam Dalam hal hal ini, ini, dipo dipoll tida tidak k sempat sempat beru beruba bah h posi posisi si 091 091 o sehingga sehingga peluang terjadinya gesekan antar molekul berkurang. kibatnya, rugi-rugi dielektrik akan  berkurang pada !rekuensi yang sangat tinggi. Besarnya rugi-rugi dielektrik sebanding dengan besarnya !rekuensi, dan tan :. ubungan !aktor disipasi dengan !rekuensi ditunjukkan dari gambar berikut&

•

%ekuatan %erak Isolasi Bila suatu sistem isolasi diberikan tekanan dielektrik, maka arus akan mengalir  pada permukaannya. Besar arus permukaan ini ditentukan tahanan permukaan siste sistem m isol isolasi asi.. rus rus ini ini serin sering g juga juga diseb disebut ut deng dengan an arus arus boco bocorr arus arus yang yang meny menyelu elusu suri ri sirip sirip isola isolato tor. r. 7uda 7udah h dipa dipaha hami mi,, bah* bah*aa besa besarr arus arus terseb tersebut ut dipengaruhi oleh kondisi sekitarnya, yaitu suhu, tekanan, kelembapan dan polusi. Secara teknis, sistem isolasi harus mampu memikul arus bocor tersebut tanpa menimb menimbulk ulkan an pembur pemburuka ukan n pada pada permuk permukaan aan sistem sistem isolasi isolasi atau atau setida setidakny knyaa  pemburukan karena arus bocor tersebut dapat dibatasi. rus rus bocor bocor menimb menimbulk ulkan an panas, panas, dan hasil hasil sampin sampingan ganny nyaa adalah adalah timbul timbulny nyaa  penguraian pada bahan kimia yang membentuk permukaan sistem isolasi. 6!ek yang sangat nyata dari penguaraian ini adalah timbulnya kerak (jejak arus). %erak dapat dapat memben membentuk tuk suatu suatu lajur lajur konduk kondukti! ti! yang yang selanju selanjutny tnyaa akan akan menimb menimbulk ulkan an tekanan elektrik yang berlebihan pada sistem isolasi. 'anas yang ditimbulkan arus  bocor dapat juga menimbulkan erosi tanpa didahului oleh adanya kerak kondukti!. erjad erjadiny inyaa kerak kerak tidak tidak terbata terbatass hanya hanya pada pada permu permukaa kaan n isolasi isolasi pasang pasangan an luar, luar, tetapi dapat juga terjadi pada isolasi peralatan pasangan dalam yang terpasang  pada tempat kotor dan lembab, juga pada isolasi yang yang terpasang dibahagian dalam  peralatan itu sendiri. Semua kejadian itu dipengaruhi si!at material, bentuk dan kehalusan kehalusan permukaan permukaan elektroda, elektroda, juga oleh pengaruh luar. 7ekanisme 7ekanisme terjadinya terjadinya

kerak kerak sama sama dengan dengan mekani mekanisme sme le*at le*at denyar denyar isolasi isolasi terpol terpolusi usi.. Bergab Bergabung ungny nyaa  beberapa kerak dapat memicu le*at danuar sempurna. e. %onduk %onduktiv tivita itass 'anas 'anas dan esis esisitv itvita itass 'anas 'anas 'anas yang didesipasikan oleh bahan pengantar atau rangkaian magnetik pada medan listrik melalui bahan isolasi isolasi diteruskan diteruskan ke udara di sekelilingn sekelilingnya. ya. 2ntuk mengetahui mengetahui resistansi panas dapat digunakan rumus yang mirip dengan hokum hm sebagai berikut&

Dengan variable sebagai berikut& •

' adalah panas yang mele*ati bahan isolasi persatuan detik dalam satuan *att$s

•

t adalah beda suhu antara bagian yang panas dengan bagian yang dingin dalam satuan o#. p adalah resistansi panas dalam satuan derajat per *att atau ohm meter.

•

2ntuk menghitung besarnya resistansi panas (p) digunakan rumus&

Dengan variable sebagai berikut& •

;p adalah resistivitas panas dalam satuan ohm meter 

•

h adalah jarak antara bagian yang panas dan bagian yang dingin dari isolator dalam satuan meter 

•

S adalah luas penampang dalam satuan m 5

Sehingga konduktivitas panas dinyatakan dalam persamaan&

Bahan-bahan tersebut di udara mempunyai ;p yang tinggi dan ;p tersebut akan turun bila  bahan diimpregnasi atau bila bahan menjadi lembab.

2. Sifat Mekanis

7engingat luasnya pemakaiannya pemakaian bahan penyekat, maka dipertimbangkan keku kekuat atan an stru strukt ktur ur baha bahann nnya ya.. Deng Dengan an demi demiki kian an,, dapa dapatt diba dibata tasi si hal-h hal-hal al peny penyeb ebab ab

kerusakan kerusakan dikarenakan dikarenakan kesalahan pemakaiannya. pemakaiannya. 7isal diperlukan diperlukan bahan yang tahan tarikan, maka kita harus menggunakan bahan dari kain daripada kertas. Bahan kain lebih kuat terhadap tarikan daripada bahan kertas. dapun si!at-si!at mekanis dari bahan isolasi adalah sebagai berikut& a. %ek %ekuata uatan n tari tarik  k  %ekuatan %ekuatan maksimum maksimum dari suatu bahan yang yang mampu menahan menahan tegangan dari beban dengan berat () perubahan panjang sebuah keping uji sesaat sebelum putus terhadap  panjang sebelumnya c. 'enu 'enuaa aan n (ge (gein ing) g) Standar pengukuran untuk menentukan perubahan si!at 7ekanis ( %uat tarik dan 'emuluran) 'emuluran) terhad terhadap ap

temperatur temperatur dengan dengan *aktu *aktu yang yang dipercepat dipercepat.. 'eristi*a 'eristi*a aging aging

terjadi karena adanya reaksi autooksidasi oleh panas, cahaya matahari, mekanikal stress, unsur-unsur unsur-unsur pengotor dll yang bereaksi dengan bahan plastik membentuk membentuk gugu guguss radik radikal al yang yang akan akan memu memutus tus sebag sebagia ian n rantai rantai mole moleku kull sehin sehingg ggaa deng dengan an sendirinya si!at mekanis menjadi menurun. d. 'ena 'enamb mbah ahan an ?at ?at di diti ti!  !  4iller 4iller,, Stabil Stabili+e i+er, r, 'igmen 'igmentt additi additive ve akan akan meruba merubah h baik baik itu si!at si!at 6lectri 6lectriss maupun maupun 7ekanis. @ 'enambahan 'enambahan 'igme 'igment, nt, menurunk menurunkan an /olume /olume esistivit esistivity y @ 'enambahan 'enambahan ntioksi ntioksidant, dant, menaika menaikan n Dissipation Dissipation !actor  !actor  @ 'enambahan 'enambahan ntioksi ntioksidant, dant, memperl memperlambat ambat *aktu *aktu #rosslinkin #rosslinking g @ 'enamb 'enambaha ahan n !iller, !iller, menuru menurunka nkan n si!at si!at mekani mekanis, s, menaik menaikkan kan density density,, menuru menurunka nkan n /olume esistivity e. 'enyusutan 'eristi 'eristi*a *a peruba perubahan han volume volume suatu suatu materia materiall pada pada saat proses proses dari dari kondisi kondisi panas menjadi dingin. !. %eke %ekera rasa san n (ar (ardn dnes ess) s) Standar pengukuran untuk menyatakan kekerasan dan atau kelembekan suatu bahan. ardness untuk plastik bisanya dinyatakan dengan Shore  atau Shore D (Shore D

digunakan untuk plastik yang lebih keras yang tidak bisa dinyatakan dengan Shore ).

. Sifat Ter!is

'anas yang ditimbulkan dari dalam oleh arus listrik atau oleh arus gaya magnet, berpengaruh terhadap kekuatan bahan penyekat. Deemikian panas yang berasal dari luar (alam sekitar). Dalam hal ini, kalau panas yang ditimbulkan cukup tinggi, maka penyekat yang digunakan harus tepat. danya panas juga harus dipertimbangkan, agar tidak merusak bahan penyekat yang digunakan. Suhu sangat mempengaruhi si!at bahan isolasi, maka pada umumnya jika temperature naik maka si!at isolasi jadi tidak baik. Selain si!at isolasinya menurun, maka si!at mekaniknya  juga terganggu sehingga dapat merusak struktur bahan, baik sementara maupun permanen. dapun pengaruh lain dari panas terhadap bahan isolasi adalah& a. Aika Aika terlalu terlalu lama berada berada dalam suatu suatu suhu tinggi, tinggi, mengak mengakiba ibatka tkan n proses penuaa penuaan n bahan menjadi lebih cepat.  b. %etahanan panas bahan yang menyatakan ketahanan bahan terhadapa suhu tertentu dalam *aktu tertentu pula (relati! pendek)

". Sifat Ki!ia

'anas 'anas yang yang tinggi tinggi yang yang diteri diterima ma oleh oleh bahan bahan penye penyekat kat dapat dapat mengak mengakiba ibatka tkan n peruba perubahan han susunan kimia bahan. Demikian juga pengaruh adanya kelembaban udara, basah yang ada di sekita sekitarr bahan bahan penye penyekat. kat. Aika Aika kelemb kelembaba aban n tidak tidak dapat dapat dihind dihindari ari,, harusl haruslah ah dipili dipilih h bahan bahan  penyekat yang tahan terhadap te rhadap air. Demikian juga adanya +at-+at + at-+at lain dapat merusak struktur kimia bahan. %etahanan kimia dari bahan sangat penting sebab beberapa bahan isolasi sagat peka terhadap pengaruh bahan-bahan kimia, seperti gas, air, asam, basa, dan alkali. 'ada tegangan tinggi dapat menimbulkan o+on yang dapat mempengaruhi ketahanan isolasinya. #ontoh& %aret. dapun si!at kimia lainnya adalah sebagai berikut& !. id idrosk roskop opis isit iti. i. %emampuan atau kapasitas bahan untuk menarik uap air dari udara, makin sedikit kapasitas kapasitas uap air yang dapat diserap maka akan semakin baik isolasi tersebut. 2ntuk itu selama penyimpanan atau pemakaian bahan isolasi agar tidak terjadi penyerapan

uap air oleh bahan isolasi, maka hendaknya bahan penyerap uap air yaitusenya*a '5 atau #a#l5. Bahan dielektrik yang molekulnya berisi kelompok hidroksil (), higros higroskop kopisi isitasn tasnya ya relati relati!! besar. besar. Sedang Sedangkan kan bahan bahan dielek dielektrik trik sepert sepertii & para!in para!in,,  polietilin dan politetra !luoro etilen adalah bahan -bahan nonhigroskopis. nonhigroskopis. g. 'enyerapan 'enyerapan air, yaitu yaitu kemampuan kemampuan atau kapasit kapasitas as suatu bahan bahan penyerap penyerap air air bila bahan bahan tersebut dimasukkan ke dalam air. h. Si!a Si!att laru larutt dari dari baha bahan. n. Si!a Si!att ini ini adal adalah ah dipe diperl rluk ukan an keti ketika ka mene menent ntuk ukan an maca macam m baha bahan n pela pelaru rutt untu untuk k suatu bahan, bahan, misalnya misalnya & vernis, vernis, plastik plastik,, dan sebagainy sebagainya. a. Auga ketika ketika menguji menguji bahan bahan isolasi isolasi ataskem ataskemamp ampuan uanny nyaa tetap tetap tahan tahan di dalam dalam cairan cairan selama selama diimp diimpreg regnasi nasi dan selama pemakaiannya (bahan isolasi tra!o minyak). %emampuan larut bahan padat dapatdievaluasi berdasarkan banyaknya bagian permukaan bahan yang dapat larut setiapsatuan *aktu jika diberi bahan pelarut. %emampuan larut suatu bahan akan lebih besar jika suhunya dinaikkan. 2mumnya bahan pelarut komposisi kimianya sama dengan bahan yang dilarutkan. i.

esi esista stansi %i %imia Bahan isolasi mempunya mempunyaii kemampuan kemampuan yang berbeda ketahananny ketahanannyaa terhadapko terhadapkorosi rosi yang disebabkan oleh & gas, air, asam, basa dan garam. al ini perlu diperhatikan untuk pemakaian bahan isolasi yang digunakan di daerah yang kosentrasi kimianya akti!,suhu akti!,suhu di atas normal. normal. %arena kecepatan kecepatan korosi korosi dipengaruh dipengaruhii pula oleh kenaikkan kenaikkan suhu.B suhu.Baha ahan n isolasi isolasi yang yang diguna digunakan kan pada pada instal instalasi asi tegang tegangan an tinggi tinggi harus harus mampu mampu menahanterj menahanterjadiny adinyaa o+on. rtinya,b rtinya,bahan ahan tersebut tersebut harus mempunya mempunyaii resistansi resistansi o+on yang tinggi. %arena o+on dapat menyebabkan isolasi berubah regas.

 j.

'ermeabilitas 2ap %emamp %emampuan uan bahan bahan isolasi isolasi untuk untuk dile*at dile*atii uap disebu disebuat at permea permeabil bilitas itas uap bahan. bahan. 4aktor 4aktor ini perlu diperhatik diperhatikan an bagibahan bagibahan yang digunakan digunakan untuk & isolasi kabel,rumah kabel,rumah kapasitor.Banyak uap 7 dalam satuan mikro-gram, selama t jam, melalui permukaan S meter persegi,den persegi,dengan gan beda tekanan tekanan pada kedua sisi bahan p dalam satuan mm-g, dinyatakan dalam persamaan&

k. esi esist stan ansi si ad adia iasi si

'em 'emakai akaian an

bahan ahan

isol isolas asii

seri serin ng

dip dipeng engaru aruhi

berm ermacam acam-m -mac acam am

ener energy gy

radiasi radiasi.'e .'enga ngaruh ruh ini dapat dapat mengub mengubah ah si!at si!at bahan bahan isolasi isolasi.. adiasi adiasi sinar sinar mataha matahari ri mempengaru mempengaruhi hi umur bahan isolasi, khusunya khusunya jika bahan tersebut bersinggun bersinggungan gan langsung langsung dengan dengan oksigen.Si oksigen.Sinar nar ultraviolet ultraviolet dapat merusak merusak beberapa beberapa bahan organik organik yaitu menurunnya kekuatan mekanik,elastisitas dan retak Cretak. Sina Sinarr , sinar sinar Csin Csinar ar dari reacto reactorr nukl nuklir ir,, misal misalny nyaa & sinar sinar E, F dan dan G pa rt ik el C   pe  p e r t i k e l radio isotop, mempunyai pengaruh sangat s angat besar pada bahan isolasi. Bahan  polimer organik akan menjadi lebih keras dan akan menjadi lebih tahan terhadap  panas

jika

terkena

sinar

C sinar

tersebut, misalnya&

politetra!louroetilen.

%emampuan %emampuan suatu bahan isolasi untuk menahan menahan pengaruh pengaruh radiasi tanpa mengalami mengalami kerusakan disebut resistansi radiasi.

#. Sifat lainn$a

dapun hal yang perlu di perhatikan dari si!at-si!at bahan isolasi selain disebutkan diatas adalah& a. itik leleh.  b. 'engaruh daya tembus dari kelembaban c. Daerah basah sah d. Daer Daerah ah keri kering ng e. Daer Daerah ah hujan hujan yang yang ting tinggi gi !. ngin g. aya ayap, p, jamu jamur, r, seran serangg gga, a, dll dll

BENTUK ISOLATOR 

Bentuk isolator menyerupai dengan bentuk benda pada umumnya, yaitu& padat, cair, dan gas sesuai dengan kebutuhannya. a. Isol Isolat ator or %ent %ent&k &k 'a(a 'a(att

Beberapa macam isolator bentuk padat sesuai dengan asalnya, diantaranya& a. Bahan tamban tambang, g, seperti& seperti& batua batua pualam, pualam, asbes, mika, mika, mekanit, mekanit, mika!ol mika!olium, ium, mikalek, mikalek, dan sebagainya.  b. Bahan berserat, seperti& benang, kain, (tekstil), kertas, prespan, kayu, dll. c. Hela Helass dan dan keram eramik  ik  d. 'lastik   e. %aret, %aret, bake bakelit lit,, ebonit ebonit,, dan sebagai sebagainy nya, a,

!. Baha Bahan n -bah -bahan an lain lain yan yang g dipad dipadatk atkan an.. %. Isolator %ent&k )air

Isola Isolato torr dala dalam m bent bentuk uk cair cair ini ini yang pali paling ng bany banyak ak digu diguna naka kan n adal adalah ah miny minyak ak trans!ormator dan macam-macam minyak hasil bumi. ). Isolator %ent&k *as

Isolator Isolator dalam bentuk bentuk gas ini dapat dikelompokkan dikelompokkan ke dalam & udara dan gas-gas lain, seperti &