udah lama gak ngepost tugas .. gara- gara banyak tugas mas vorhh.. ini ni silahkan di baca- baca mana tau mau di copas . hihihi
comment aja dibawah ya gan n sist ..
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar
belakang
Isolasi adalah salah satu bentuk
peralatan tegangan tinggi yang berfungsi sebagai tahanan atau pelindung agar
tidak terjadi tembus yang tidak diinginkan. Secara umum isolasi dibagi menjadi
3 (tiga) macam yaitu isolasi padat, cair dan gas. Kemampuan isolasi dalam
menahan tegangan mempunyai batas-batas tertentu sesuai dengan material penyusun
dan lingkungan sekitarnya
BAB II
PEMBAHASAN
A. BAHAN ISOLASI PADAT
Beberapa bahan penyeka atau isolasi
bentuk padat yang sesuai dengan asalnya diantaranya:
1. Bahan Tambang
Yang
dimaksud dengan isolasi bahan tambang adalah mineral atau bahan yang asal
mulanya didapat dari tambang dan digunakan sebagai isolasi pada ikatan kimia
atau keadaan alaminya tanpa proses kimia atau proses termal sebelumnya. Bahan
isolasi mineral tersebut misalnya batu pualam, batu tulis, klorida, mika, dan
mikanit.
a. Batu Pualam
Batu
pualam ialah batu kapur (CaCO3) yang keras atau dolomit yang dapat
dipoles. Pualam merupakan bongkahan batu yang besar yang kemudian dipotong –
potong menjadi lempengan tebal dengan ukuran tertentu. Bagian mukanya digerinda
dengan gerinda karborundum dan setelah cukup rata kemudian digosok dengan batu
asah. Yang terakhir adalah menggosokkan dengan menggunakan cakram berlapis kain
pemoles dan serbuk hijau (chromiun oksida) sebagai bahan tambahan sehingga
permukaannya menjadi mengkilat dengan warna yang sangat indah. Warna batu
pualam ada yang putih, kuning, kelabu, merah jambu, hitam dan sebagainya,
sesuai dengan piegmennya. Semakin padat dan licin maka semakin kurang daya
penyerapan airnya.
Yang
padat (tua) lebih mudah penggosokkannya. Batu pualam dapat dibor dengan bor
baja khusus. Batu pualam mempunyai sifat mudah pecah, berat (masa jenis paling
rendah 2,6 g/cm3), regas, mudah retak kalau dipanasi dan didinginkan
mendadak, dan sensitif terhadap asam. Untuk mendapatkan batu pualam yang sifat
kelistrikannya baik maka bahan perlu diimpregnasi dengan parafin, polistirin,
bitumen, minyak dan sebagainya.
Dalam
teknik listrik batu pualam sudah jarang sekali dipakai, terdesak oleh
bahan lain yang secara teknis lebih baik
dan mudah pengolahannya. Dahulu banyak digunakan untuk bahan penghubung.
Sekarang, karena rupanya yang indah dan menarik, atu pualam banyak digunakan
dalam bidang arsitektur.
b. Batu Tulis
Warnanya
abu – abu kehitaman. Strukturnya berlapis – lapis sehingga dapat dibentuk
sebagai papan. Penggunaannya seperti batu pualam (sebagai panel papan hubung
bagi), batu tulis lebih mudah pecah dibanding marmer, tidak dapat dipoles,
sifat kelistrikannya dan higroskopisnya dibawah marmer, masa jenis 2,8 g/cm3
tahan terhadap asam dan panas.
c. Klorida
Bahan
ini warnanya abu – abu, sifat kelistrikan dan kekuatan mekanisnya dibawah batu
tulis, mudah dipotong, digergaji, dan dibor. Klorida padat sangat higroskopis,
jika akan dipakai sebagai isolator harus diimpregnasi dengan resin, misalnya
bakeli yang dicairkan.
d. Asbes
Serat
asbes yang ditemukan pada batu – batuan (tambang) pada umumnya pendek. Pada
suhu 300 °C hingga 400 °C asbes tidak mengalami perubahan kekuatan mekanik,
tetapi pada suhu lebih tinggi kandungan airnya akan hilang dan kekuatan
mekanisnya akan turun. Ketahanannya terhadap panas tersebut adalah karena pori
– porinya mudah dimasuki udara sehingga konduktivitas panasnya akan menurun.
Asbes meleleh pada suhu 1150 °C. Asbes yang banyak mengandunf feri oksida akan
menjadi semikonduktor. Untuk menaikkan kemampuan isolasinya, asbes perlu
diimpregnasi.
Asbes
merupakan bahan yang berserat, tidak kuat dan mudah putus sehingga sebagai
penyekat listrik sebenarnya kurang baik. Tetapi asbes mempunyai keistimewaan
tersendiri, yaitu tidak dapat terbakar (tahan terhadap panas tinggi). Jadi,
disamping sebagai penyekat listrik. Biasanya asbes dipakai sebagai penyekat
listrik untuk tegangan rendah.
Dalam
pemakaian, asbes dipintal menjadi semacam benang kasar. Hal ini dilakukan untuk
mendapatkan kekuatan mekanis yang lebih baik. Mengingat keistimewaan asbes,
yaitu mempunyai sifat tahan panas, maka asbes banyak digunakan dalam peralatan
listrik untuk keperluan rumah tangga, misalnya setrika listrik, kompor listrik
dan alat – alat pemanas listrik.
Untuk
penyekat panas, elemen – elemen pemanas dibalut dengan benang asbes, misalnya
untuk mesin – mesin las dan pemanggang (oven). Asbes juga dipergunakan pada
mesin – mesin listrik yang bekerja dengan beban berat dan tidak teratur, karena
disitu akan timbul panas yang tinggi, misalnya pada motor – motor tram listrik,
derek dan kompresor.
Lilitan
– lilitan motor tersebut dibalut bukan dengan penyekat lain, tetapi dengan
asbes. Untuk memperingati daya sekat listriknya, asbes dicelup dalam vernis,
sirlak atau bahan penyekat lainnya hal tersebut juga memperkuat daya mekanis
dan menjadikannya lebih tahan air. Selain dibuat benag, asbes dibuat lempeng –
lempeng tipis yang disebut kertas asbes. Serat – serat asbes dipres dengan
dilapisi kertas ditambah dengan bahan perekat, dipakai sebagai pembungkus
elemen – elemen pemanas listrik. Semen asbes dibuat dari bahan semen portland
sebagai pengikat dan asbes sebagai pengisi, dipres dalam keadaan dingin dan
dibuat dalam bentuk papan, lempeng, tabung/pipa dan untuk panel distribusi.
Asbes banyak sekali dijual sebagai barang jadi. Pada bentuk lempeng untuk
penyekat mungkin dapat terjadi bunga api, misalnya pada kontak – kontak
penghubung. Bentuk tabung/pipa dipakai untuk selongsong yang menghendaki
penyekatan.
e. Mika
Mika
merupakan isolasi mineral (bahan tambang). Tahanan listrik dan kekuatan
mekanisnya tinggi, tahan panas dan tahan dari pengaruh uap air, sangat ringan,
elastis, warnanya bening (transparan) dan licin mengkilat, bentuknya berlapis –
lapis. Pada suhu tinggi (diatas batas suhu kerja) mika akan mengeluarkan air
yang merupakan bagian dari susunannya. Kebeningannya berkurang atau menjadi
kusam. Dalam keadaan demikian mika telah kehilangan kekuatan mekanisnya, mudah
retak – retak sehingga daya sekatnya berkurang. Pada suhu 1250 °C hingga 1300
°C susunn kristal mika berubah sama sekali dan mulai meleleh.
Mika
digunakan sebagai isolasi pada mesin – mesin besar dengan tegangan kerja yang
tinggi, misalnya generatot turbo, generator hidro pada pembangkit, motor –
motor araksi. Disitu mika dipakai untuk menyekat komulator antara lamel – lamel
dan sebagai dielektrik kondensator. Mika juga dapat digunakan untuk kaca
penjenguk pada tungku – tungku (untuk melihat dalam dari tungku). Selain
daripada itu maka banyak dipakai dalam industri alat – alat rumah tangga, untuk
menyekat elemen – elemen pemanas dan alat pemasak (kompor listrik), setrika
listrik, pemanggang roti dan lain sebagainya.
Mika
adalah mineral dengan kristal monoklin, yaitu kristal yang sumbu – sumbu
ruangnya (x, y, z) sama panjang, dua sudut antara sumbu – sumbu sama yaitu 90°.
Terdapat beberapa macam mika, diantaranya mika yang umum dijumpai adalah
muscovit dengan rumus kimia K2O.3Al2O3.6SiO2.2H2O
dan flogofit dengan rumus kimia (K2O.6MgO. 3Al2O3.
6SiO2.2H2O). Unsur dari mika jenis lain mungkin besi,
natrium atau kalsium. Sifat isolasi dan mekanis muskovit lebih baik dibanding
flogofit. Permitivitas mika adalah 4 sehingga 10. Sifat – sifat pengisolasian
mika searah panjangnya adalah semakin rendah dibanding dengan kearah
melintangnya. Resistivitas volumenya paling rendah adalah 109 ohm-cm, sedangkan
tan ðnaik hingga 0,1. Muskopit mempunyai ketahanan abrasi yang lebih tinggi
dibandingkan dengan plogofit. Sifat ini penting untuk menentukan pilihan bahan
isolasi bagian – bagian yang bergerak, misalnya komutator.
Suhu
sampai terjadi penguapan (dehidrasi) pada muskovit adalah 500° hingga 600° C,
sedangkan untuk flugofit adalah 800° hingga 900° C. Untuk itu maka flugofit
banyak digunakan pada peralatan rumah tangga, misalnya penyekat pemanggang,
setrika dan sebagainya. Jenis – jenis plogofit yang banyak mengandung air
(hydrated-flogopite) adalah agak lunak dan kemampuan isolasinya lebih rendah.
Flogopit jenis ini mulai menunjukkan gejala kerusakan pada suhu 150° hingga
250° C.
Maka
biasanya diperoleh secara alami bersama – sama dengan mineral lainnya seperti
kuarsa. Sering juga ditemukan sebagai jalur sepanjang 2cm hingga beberapa
meeter pada pegmatit. Pegmatit merupakan sumber bahan yang murah untuk
pembuatan muskovit komersial. Setelah diadakan penambangan, mika mentah
ditingkatkan kualitasnya, dipotong dan dibersihkan dari bahan ikutan lainnya.
Selanjutnya dibentuk menjadi lembaran – lembaran yang sesuai dengan standar masing
– masing negara penghasil, misalnya empat persegi panjang dengan perbandingan
panjang dan lebarnya 1 : 1 hingga 1 : 3 dengan luas tertentu yang umumnya
dibawah 1 m2. Ketebalan standar adalah 0,01 hingga 0,03 mm.
Kandungan besi oksida atau mineral lainnya didalam mika disebut spot. Kandungan
menyebabkan berkurangnya kemampuan isolasi mika.
Bahan
floureflogopit sintesis adalah bahan cadangan yang digunakan untuk menggantikan
bahan mika alami. Bahan ini didapat dengan melelehkan jenis mika khusus didalam
tanur tinggi pada suhu tinggi sehingga mika menjadi lumer dan kemudian
dikristalisasi.
f. Mikanit
Mika
diperoleh dari tambang dengan jumlah besar dengan ukuran atau dimensi yang
tidak teratur sementara alat – alat listrik ukurannya tertentu dan bervariasi.
Untuk keperluan itu dibuat mikanit,
yaitu mika yang dibuat sesuai dengan yang dikehendaki. Seringkali pada salah
satu sisi mikanit dilapisi dengan kertas atau kain dengan tujuan untuk
mendapatkan kekuatan mekanis yang lebih tinggi atau untuk menjaga agar tidak
terjadi keretakan ketika mika dibengkokkan.
Tujuan
melapis – lapis mika dan kadang – kadang dengan tambahan lapisan kain, kertas
atau pita ialah memperoleh tebal yang diinginkan sehingga mempertinggi daya
sekat listrik dan menambah kekuatan mekanis, terutama agar tidak retak jika
digulung atau dilipat (dengan lapisan mika).
Beberapa contoh mikanit dibahas dibawah ini :
a) Mikanit Komutator
Mikanit
komutator mengandung bahan pengikat maksimum 4%, masa jenisnya 2,4 hingga 2,6
gr/cm3 , digunakan untuk bahan isolasi antara lamel – lamel pada
komutator mesin arus searah. Karena pada waktu pengerjaannya digunakan tekanan
tinggi dan mengandung sedikit resin, maka bahan ini tahan arus walaupun
mendapatkan tekanan yang tinggi dan suhu kerja 180° C. Itulah sebabnya mikanit
ini tepat untuk penyekat lamel – lamel komutator. Kontraksi mekanit pada suhu
20° C tidak lebih dari 9% dengan tekanan hingga 600 kg/cm2.
b) Mikanit Lempengan
Lempeng
mekanit muskovit atau flagopit atau dari paduan keduanya dengan bahan pengikat
sirlak atau gliptal. Perbandingan mika dengan campurannya pada pita mika adalah
sekitar 4 : 1 . dalam hal ini lempengan diperlukan untuk isolasi yang tidak
memerlukan bengkokan (misal untuk pembuatan cincin). Baik mekanit komutator
maupun mekanit lempengan tergolong mekanit keras.
c) Mikanit Cetakan
Mikanit
ini dibuat berbagai bentuk sesuai dengan keperluan. Cara pembentukkannya adalah
dengan memanasinya dan kemudian mencetaknya sebelum didinginkan. Penggunaannya
antara lain sebagai pengisolasi antara poros dengan komutator dan antara poros
dengan inti rotor. Mikanit cetakan dipabrikasi dengan ketebalan 0,1 hinga 0,5
mm dengan bahan pengikat sirlak atau gliptal dengan komposisi bahan pengikat 8
hingga 25% dan sisanya adalah mika.
d) Kertas Mika
Kertas
mika termasuk jenis mikanit cetakan, dibuat dari muskovit atau flogopit dengan
bahan pengikat sirlak atau resin sintesis, dipabrikasi dengan bentuk gulungan
sebesar 0,4 m dengan tebal 0,15 hingga 0,3 mm, salah satu sisinya dilapisi
dengan kertas setebal 0,05 hingga 0,06 mm. Penggunaannya adalah untuk membuat
isolasi yang keras pada belitan jangkar mesin tegangan tinggi.
e) Mikanit Fleksibel
Mikanit
fleksibel diproduksi dalam bentuk lemmpengan dengan ketebalan 0,15 hingga 0,06
mm, terbuat dari muskopit atau flogopit yang dilapisi dengan minyak vernis
bitumen atau dilspisi minyak vernis gliptal. Mikanit fleksibel jenis lain
adalah yang kedua sisinya dilapisi kertas dengan ketebalan 0,2 hingga 0,5 mm.
Mikanit fleksibel yang tanpa pelapis kertas mengandung komposisi mika sebanyak
74 hingga 90% sedangkan yang dilapisi kertas mengandung mika sekitar 30%. Pada
suhu kamar, mikanit fleksibel dapat dibengkokkan tanpa pemanasan. Penggunaannya
antara lain sebagai pengisolasi yang fleksibel, pengisolasi alur pada mesin
listrik.
f) Pita Mika
Biasanya
tebalnya antara 0,1 sampai 0,18 mm dan dalam bentuk gulungan dengan lebar
sedikitnya 40 cm. Gulungan tersebut kemudian dipotong – potong menjadi pita
dengan lebar 12 sampai 35 cm.
Pita
mika dibuat dari muskovit atau flogopit, dilapisi vernis. Vernis yang digunakan
berwarna muda (bening) dan tua (hitam). Yang warna muda lebih tahan panas dan
khusus dipakai untuk lilitan rotorpada generator turbo sehingga sering
dinamakan pita mika rotor. Kadang – kadang ada pula pita mika yang dilapisi dengan sutera atau kain
kaca.
Ada pula
salah satu jenis mika yang disebut samika. Samika dibuat dengan memanaskan
serat mika hingga suhu 800 °C, kemudian merendamnya didalam larutan soda dan
dimurnikan dengan asam chlorida atau asam sulfat encer. Selanjutnya mika yang
sudah mengembang, bersama – sama dengan airnya, diangkat dan dijadikan bubur
yang diberi beberapa macam pengikat (bahan organik) untuk kemudian dijadikan
kertas mika tebal dan kemudian dipabrikasi dengan mesin pembuat kertas mika. Bahan
pengikat maupun pelapisnya hendaknya sesuai dengan kelas mika (kelas C dan H),
kecuali kalau akan digunakan pada suhu dibawah suhu kerja mika. Bahan pengikat
yang sering digunakan adalah senyawa amonium fosfat atau kaca. Hasilnya disebut
kertas slyudinit atau kertas samika. Dalam banyak hal bahan ini dapat
menggantikan fungsi dari mikanit, kertas mika dan pita mika.
Bahan isolasi
mika sintetis perlu dipikirkan karena tingginya biaya pembuatan dan banyaknya
limbah yang dihasilkan dalam pembuatan mikanit.
2.
Bahan
Berserat
Bahan dasar yang dipergunakan untuk bahan berserat berasal dari tiga macam,
yaitu tumbuh-tumbuhan, binatang, dan bahan tiruan (sintetis). Sebenarnya bahan
ini kurang baik sebagai bahan isolator listrik karena sifatnya sangat menyerap cairan,
sedangkan cairan itu dapat merusak isolator yang menyebabkan daya sekatnya
menurun. Tetapi karena faktor-faktor lain seperti : bahan berlimpah sehingga
murah harganya; daya mekanisnya cukup kuat dan fleksibel; dan dengan disusun
berlapis lapis dan dicampur dengan zat-zat tertentu untuk meningkatkan daya
sekat, daya mekanis dan daya tahan panas, sehingga bahan berserat ini banyak
dipakai sebagai isolator listrik.
Beberapa bahan
yang termasuk bahan berserat, antara lain :
1)
Benang
Benang merupakan hasil pemintalan
pertama dari sebuah kapas yang berserat cukup panjang, setelah biji-bijinya
yang menempel dipisahkan terlebih dahulu. Dari kumpulan benang ini dapat dibuat
tali, pita, dan kain tenun, yang selanjutnya disebut dengan tekstil. Dalam
bidang kelistrikan banyak digunakan sebagai isolator kawat. Pemakaian benang
banyak dipakai untuk isolator kawat halus yang digunakan dalam pembuatan
pesawat-pesawat cermat seperti pengukuran listrik. Sekarang banyak digunakan
benang sintetis dari bahan plastik, gelas, dan sebagainya karena lebih kuat dan
tahan panas.
2) Tekstil
Dengan menenun benang menjadi tekstil
(pita dan kain dengan berbagai macam corak, ukuran dan kualitas) maksudnya
adalah untuk memperoleh isolator yang lebih baik, yaitu pertama lebih kuat, dan
kedua dalam beberapa hal mempermudah teknis pelaksanaan (membalut lilitan
isolator kawat). Selain tekstil dari kapas, ada juga dari serat yumbuh-yumbuhan
yang dikenal dengan nama lena
(linnen). Bahan ini lebih kuat daripada kertas. Pada tekstil ini ada
yang terbuat dari bahan tiruan (sintetis), dimana bahan ini digunakan
dalam bidang kelistrikan sebagai isolator kawat-kawat lilitan mesin listrik,
pengikat, dan sebagainya. Karena sifat tekstil ini dapat menyerap cairan, maka
untuk memperbaiki daya sekatnya dilapisi atau dicelup ke dalam cairan lak
isolator.
3) Kertas
Bahan dasar kertas adalah selulosa,
dimana bahan ini adalah zat sel tumbuh-tumbuhan yang terdapat antara kulit dan
batangnya. Selulosa ini berserat, fleksibel, lunak dan menyerap air, sedangkan
bahan pembuat kertasnya
diambil dari
kayu, merang, rami, majun (sisa bahan tekstil), dan lain-lain. Kertas yang
terlalu kering atau lembab, kekuatan isolatornya berkurang karena kertas sangat
menyerap cairan, sehingga untuk mengatasinya kertas dilapisi lak isolator.
Penggunaan kertas untuk isolator selain sebagai pembalut lilitan kawat dan
kumparan, juga untuk isolator kabel dan kondensator kertas. Untuk memenuhi
tebal yang diharapkan kertas dibuat berlapis -lapis.
4) Prespan
Prespan juga sebetulnya kertas, karena
bahan dasarnya sama hanya berbeda sifatsifatnya saja. Dibandingkan dengan
kertas, prespan lebih padat sehingga kurang menyerap air. Padat karena
pembuatannya ditekan dengan tegangan tinggi sehingga lebih keras dan lebih
kuat, tetapi dapat dibengkokan dengan tidak retak-retak sehingga baik sekali
untuk isolator alur stator atau rotor mes in listrik, juga pada transformator
sebagai isolator lilitan dan kawatnya. Prespan ini di pasaran berbentuk
lembaran atau gulungan dengan ukuran tebal antara 0,1 sampai 5 mm, warnanya
kekuning-kuningan, coklat muda atau abu. Karena daya menyerap air masih ada,
maka dalam pelaksanaannya selalu masih perlu dilapisi lak isolator.
5) Kayu
Pada tahun-tahun yang silam, kayu
banyak digunakan sebagai isolator misalnya untuk tiang listrik, karena terdapat
dimana-mana dan harganya murah. Sekarang kayu banyak terdesak oleh besi, beton,
dan bahan sintetis. Kelebihan kayu adalah kekuatan mekanisnya cukup tinggi
tergantung dari macam dan kerasnya kayu, tetapi kelemahannya adalah menyerap
air, dapat rusak karena hama dan penyakit serangga sehingga mudah rapuh. Supaya
daya tahan lama, maka kayu harus diawetkan lebih dahulu.
6) Fiber Pulkanisir
Proses pembuatan bahan ini sebelum
digulung pada silinder baja, kertas dilewatkan melalui larutan chlorida seng
(ZnCl2) yang panas. Tiap lapisan direkatkan dengan perekat sampai mencapai
tebal lapisan yang dikehendaki pada gulungan tersebut. Pembersihan kembali zat
chlorida seng dilakukan dengan air bersih, kemudian di pres menjadi lembaran,
papan, atau dibuat pipa dengan tebal antara 0,5 sampai 25 mm. Bahan ini kuat
sekali, tetapi menyerap air sehingga sebelumnya dilapis dahulu dengan parapin,
minyak transformator atau zat lain serupa.
7) Kain Pernis
Bahan kain yang telah dipernis sering
disebut dengan cambric. Kelebihan bahan ini adalah fleksibel, kekuatan mekanisnya
tinggi sedangkan lapisan pernisnya merupakan isolator listrik yang baik.
Sehingga daya isolator semacam ini sangat luas digunakan pada pekerjaan mesin
listrik, peralatan, serta kabel listrik selain dijadikan pita dan pembalut.
Macam isolator ini dapat digunakan untuk suhu sekitar 1000C, dengan bahan
sintetis seperti polyester dan polyamid. Kain pernisan dijual dalam gulungan
dengan lebar kira-kira 1 yard dan panjang antara 45 yard sampai 90 yard.
8) Pita Isolator
Bahan ini banyak digunakan dalam bidang
instalasi listrik, yang merupakan pita isolator dengan campuran karet dalam
gulungan kecil antara 1 dan 5 cm lebar dan garis tengah luar kira-kira 15 cm. Tebal pita kira-kira
0,25 mm. Sekarang banyak pita perekat terbuat dari bahan sintetis kuat dan
tidak menyerap air, tetapi tidak untuk suhu yang tinggi.
3.
Gelas dan Keramik
1) Gelas
Gelar merupakan isolator yang baik
untuk arus listrik, tetapi kekuatan mekanisnya kecil dan sangat rapuh tidak
seperti bahan keramik. Pemakaian dalam teknik listrik antara lain untuk
pembuatan bola lampu pijar, termometer-kontak (untuk mengontrol suhu tertentu
suatu tenpat seperti tempat penetasan telur), dan lain-lain. Untuk hiasan
penerangan listrik banyak dipakai ornamen kaca yang dibuat dari kaca susu, kaca
kabur (matglas) dan kaca opal, yang dalam perdagangan terdapat bermacam-macam
bahan gelas seperti gelas kristal, gelas kali, gelas natron, dan gelas
flint. Bahan baku pembuatan gelas adalah kuarsa dan kapur yang dicairkan
bersama-sama dengan bahan lainnya. Paduan kuarsa dengan oksida timbel
menghasilkan gelas kristal, bahan baku ditambah dengan potas menghasilkan gelas
kali, dan penambahan soda menghasilkan gelas natron. Pengerjaan bahan baku di
atas biasanya dipanaskan sampai + 20000C, sehingga menjadi encer dan baru
dikerjakan.
2) Keramik
Keramik didapat dari bahan galian
dengan melalui proses pemanasan, kemudian dijadikan barang keramik, seperti
cangkir teko, dalam teknik listrik digunakan untuk isolator loceng dan mantal.
Keramik yang digunakan untuk keperluan teknik listrik harus mempunyai daya
sekat yang besar dan dapat menahan gaya mekanis yang besar seperti porselin dan
steatit. Bahan isolator dari porselin seperti: isolator lonceng, isolator
mantel, isolator cincin, isolator tegangan tinggi, sekering pipa porselin, dan
lain-lain. Sedangkan bahan isolator terbuat dari steatit, antara lain: sakelar,
kontak tusuk, manik-manik isolator kawat penghubung yang dapat melentur
(fleksibel) dan letaknya berdekatan dengan alat pemanas listrik, untuk
pembuatan bumbung penerus (tube), pena-kontak -baut, badan alat-alat pemanas
seperti kompor listrik, seterika, dan lain-lain.
4.Plastik
Plastik merupakan paduan dari dua bahan
yaitu bahan perekat (seperti damar atau resin) dan bitumin dengan bahan pengisi
serbuk batu, serbuk kayu dan katun. Menurut paduannya, ada bermacam-macam bahan
plastik, diantaranya bakelit. Ada dua jenis plastik yang perlu kita
ketahui, yaitu:
1) Thermoplastik. Bahan ini pada suhu 600C sudah menjadi lunak, dan
pemanasan sampai mencair tidak merubah struktur kimiawi
2) Thermosetting
plastik. Bahan ini
setelah mengalami proses pencairan dan cicetak menjadi barang akan mengalami
perubahan struktur kimiawi, hingga tidak dapat lunak lagi walaupun dipanaskan.
Beberapa bahan pengisi paduan dalam pembuatan plastik selain yang telah
disebutkan di atas, antara lain : mika, alpha selulosa, kain kapas, kertas,
asbes, grafit, karbon, dan kanvas.
5.
Karet, Ebonit
dan Bakelit
1) Karet
Karet merupakan bahan penting untuk
isolator dalam teknik listrik yang terbuat dari getah bermacam-macam pohon
karet, salah satu diantaranya : Hevea Braziliensis yang menghasilkan karet
terbanyak dengan kualitas tinggi. Proses penyampuran karet kasar dengan
belerang dan bahan tambahan lainnya dibeut vulkanisasi. Untuk
mendapatkan vulkanisasi yang baik dengan cara pemanasan uap, karena tekanan uap
dpat mencegah terjadinya pori dalam masa yang divulkanisir, sedang pemanasannya
dapat berjalan teratur. Bahan perekat untuk kulit, karet dan sebagainya dapat
dibuat dari karet kasar dicampur dengan bensin atau bensol. Karet kasar juga
merupakan bahan untuk pembuatan pita isolator (dibuat dari bahan katun,
dicelupkan dalam larutan karet kasar untuk memberi gaya perekat pada pita
tersebut. Pita isolator ini dapat dipakai untuk menyekat tempat sambungan
kawat, ujung kabel nadi dan batu mahkota, serta dalam industri mobil. Dalam
teknik listrik karet sebagai isolator hantaran listrik, sepatu kabel, perkakas
pemasangan instakasi kistrik, dll.
2) Ebonit
Bahan dasar ebonit adalah karet dan
untuk mendapatkan kekerasan dicampur dengan belerang dan bahan tambahan lainnya
sekitar 30 sampai 50 % dengan melalui proses vulkanisasi yang lama. Dalam
perdagangan ebonit berbentuk lempeng, batang atau pipa dengan bermacam-macam
ukuran.
3) Bakelit
Bakelit adalah bahan paduan secara
kimia bermacam -macam zat yang pertama dibuat oleh perusahaan Bakelit Co., yang
kemudian dibuat oleh perusahaan lain dengan nama sendiri-sendiri, seperti
perusahaan Philips dari Belanda dengan nama philite, perusahaan Hasemeir dengan
nama hajalite yang dikenal dengan nama bakelit.
6. Bahan Dipadatkan
Bahan isolator yang dipadatkan
mula-mula cair kemudian dijadikan padat. Bahan ini banyak dipakai sebagai
pelapis, pengisi, pemadatan (inpregnasi) dan perekat bahan isolator padat.
Beberapa bahan yang dipadatkan antara lain: lilin dengan parafin; damar
(gondorukem, arpus); bitumin; bahan-bahan pelarut seperti: kerosin (minyak
tanah), gasolin, spiritus putih, bensin, methanol (methyl alkohol), ethanol
(ethyl alkohol), aceton, minyak terpentin, dll.; minyak pengering (minyak biji
lena dan minyak Tung); pernis (pernis minyak, pernis hitam, lak selulosa,
pernis bakelit, pernis sirlak, pernis gliptal); dan kompon (kompon bitumin,
kompon kuarsa, dan kompon kabel).
7. Bahan Isolasi PVC
Polivinilklorida atau PVC adalah hasil
polimerisasi dari vinilklorida H2C = CHCl. Pada proses polimerisasi, ikatan
ganda yang melekat pada molekul vinilklorida diubah menjadi ikatan tunggal.
Ikatan yang bebas kemudian mengikat molekul-molekul vinilklorida lain sehingga
timbul molekul-molekul makro panjang, yaitu PVC :
Pada suhu kamar PVC ini keras dan rapuh, dan supaya dapat
digunakan sebagai bahan isolasi kabel, PVC harus dicampur dengan bahan pelunak
(plasticiser). Bahan lunak yang dicampur umumnya sebanyak 20 % hingga 40 %
kadang-kadang bahkan lebih, dan hasil campuran ini disebut kompon PVC. Untuk
membedakan PVC yang belum dicampur dinamakan damar PVC (PVC resin). Kompon PVC
kabel ini harus digunakan bahan pelunak dengan sifat-sifat listrik yang baik,
tidak boleh menguap, dan tidak boleh menjalarkan nyala api. Damar PVC sendiri
walaupun dapat dibakar, tetapi akan padam sendiri apabila sumber apinya
disingkirkan. Berat jenis damar PVC sekitar 1,4 tergantung jenis dan banyaknya
bahan yang dicampurkan, sedangkan berat jenis kompon PVC berkisar antara 1,25 –
1,55. Damar PVC memiliki ketahanan cukup baik terhadap sejumlah besar bahan
kimia lain, dan dengan menggunakan bahan pelunak yang tepat dapat diciptakan
kompon PVC yang tahan terhadap bahan kimia tertentu. Salah satu kelemahan
kompon PVC akibat digunakan bahan pelunak adalah ketahanan terhadap tekanan,
yaitu kalau ditekan cukup lama dan cukup kuat kompon PVC tidak dapat pulih dan
makin tinggi suhunya makin kurang ketahanan terhadap tekanan tersebut. Umumnya
kompon PVC hanya dapat digunakan sampai suhu 700 C terus menerus. Tetapi dengan
menggunakan bahan pelunak khusus dapat dibuah sampai suhu lebih tinggi sampai
1050C.
8.
Polietilen atau PE
Polietilen atau
PE adalah hasil polimerisasi dari etilen H2C = CH2, dengan sifat sifat listrik
lebih baik dari pada yang dimiliki PVC. Hanya PE lebih mudah terbakar. Kalau PE
dibakar, nyala apinya akan tetap menjalan, juga setelah sumber apinya
disingkirkan. Karena itu PE hampir tidak digunakan untuk kabel-kabel arus kuat,
kecuali XLPE (crosslinked polyethylene). Karena sifat PE yang baik pada
frekuensi tinggi, maka banyak digunakan untuk kabelkabel telekomunikasi.
Kelebihan PE dibanding PVC adalah tidak lebih mudah menyerap air, dan kalau
digunakan di tempat yang lembab atau basah, tahanan isolasi PVC akan lebih menurun dibandingkan dengan PE.
B. MEKANISME KEGAGALAN BAHAN ISOLASI
PADAT
1 Kegagalan Asasi (Intrinsik)
Kegagalan asasi (intrinsik) adalah
kegagalan yang disebabkan oleh jenis dan suhu bahan dengan menghilangkan
pengaruh luar seperti tekanan, bahan elektroda, ketidakmurnian, kantong-kantong
udara. Kegagalan ini terjadi jika tegangan yang dikenakan pada bahan dinaikkan
sehingga tekanan listriknya mencapai nilai tertentu yaitu 106
volt/cm dalam waktu yang sangat singkat yaitu 10-8 detik. Karena
waktu gagal yang sangat singkat, maka jenis kegagalan ini disebut kegagalan
elektronik. Kegagalan intrinsik merupakan bentuk kegagalan yang paling
sederhana.
Melalui eksperimen, kuat dielektrik
terbesar diperoleh ketika seluruh pengaruh luar sudah diisolasi dan harganya
hanya bergantung pada struktur material dan suhu. Kekuatan listrik maksimum
adalah 15 MV/cm untuk polyvinyl-alcohol pada suhu -196oC. Kekuatan
maksimum biasanya berkisar antara 5 MV/cm dan 10 MV/cm.
Kegagalan instrinsik tergantung pada
kehadiran elektron bebas yang mampu berpindah melalui kisi-kisi dari bahan
dielektrik tersebut. Biasanya, sejumlah kecil dari elektron terkonduksi hadir
dalam dielektrik padat, bersama beberapa struktur tak sempurna dan sejumlah
atom kotor (impurity atom). Atom atau molekul kotor atau keduanya bertindak
sebagai perangkap untuk elektron terkonduksi yang tergantung pada jarak dari
medan elektrik dan suhu. Ketika jarak ini telah membesar, elektron tambahan
terbebaskan, dan elektron ini turut berpartisipasi pada proses konduksi.
Berdasarkan prinsip ini, 2 tipe dari kegagalan instrinsik telah muncul yaitu
Kegagalan Elektronik dan Kegagalan Streamer.
Beberapa pendekatan telah dilakukan
untuk meramalkan nilai kritis medan yang menyebabkan terjadinya kegagalan
asasi, tetapi hingga kini belum diperoleh penyelesaian yang memuaskan.
2. Kegagalan Elektromekanik
Kegagalan elektromekanik adalah
kegagalan yang disebabkan oleh adanya perbedaan polaritas antara elektroda yang
mengapit zat isolasi padat sehingga timbul tekanan listrik pada bahan tersebut.
Tekanan listrik yang terjadi menimbulkan tekanan (pressure) mekanik yang
terjadi akibat timbulnya gaya tarik menarik antara kedua elektroda tersebut.
Pada tegangan 106 volt/cm menimbulkan tekanan mekanik 2-6 kg/cm2.
Uraian
masing masing jenis kegagalan pada bahan isolasi padat adalah :
·
Kegagalan asasi (intrinsik) adalah kegagalan yang disebabkan
oleh jenis dan suhu bahan ( dengan menghilangkan pengaruh luar seperti tekanan,
bahan elektroda, ketidakmurnian, kantong kantong udara. Kegagalan ini terjadi
jika tegangan yang dikenakan pada bahan dinaikkan sehingga tekanan listriknya
mencapai nilai tertentu yaitu 106 volt/cm dalam waktu yang sangat
singkat yaitu 10-8 detik
Kegagalan
elektromekanik adalah kegagalan yang disebabkan oleh adanya perbedaan polaritas
antara elektroda yang mengapit zat isolasi padat sehingga timbul tekanan
listrik pada bahan tersebut. Tekanan listrik yang terjadi menimbulkan tekanan
mekanik yang menyebabkan timbulnya tarik menarik antara kedua elektroda
tersebut. Pada tegangan 106 volt/cm menimbulkan tekanan mekanik 2
s.d 6 kg/cm2.
·
Kegagalan streamer adalah kegagalan yang terjadi sesudah
suatu banjiran (avalance). Sebuah elektron yang memasuki band conduction di
katoda akan bergerak menuju anoda dibawah pengaruh medan memperoleh energi
antara benturan dan kehilangan energi pada waktu membentur. Jika lintasan bebas
cukup panjang maka tambahan energi yang diperoleh melebihi pengionisasi latis
(latice). Akibatnya dihasilkan tambahan elektron pada saat terjadi benturan.
Jika suatu tegangan V dikenakan terhadap elektroda bola, maka pada media yang
berdekatan (gas atau udara) timbul tegangan. Karena gas mempunyai permitivitas
lebih rendah dari zat padat sehingga gas akan mengalami tekanan listrik yang
besar.Akibatnya gas tersebut akan mengalami kegagalan sebelum zat padat
mencapai kekuatan asasinya. Karean kegagalan tersebut maka akan jatuh sebuah
muatan pada permukaan zat padat sehingga medan yang tadinya seragam akan
terganggu. Bentuk muatan pada ujung pelepasan ini dalam keadaan tertentu dapat
menimbulkan medan lokal yang cukup tinggi (sekitar 10 MV/cm). Karena medan ini
melebihi kekuatan intrinsik maka akan terjadi kegagalan pada zat padat. Proses
kegagalan ini terjadi sedikit demi sedikit yang dapat menyebabkan kegagalan
total.
BAB III
KESIMPULAN
Bahan isolasi padat terdiri dari berbagai bahan tambang,
bahan berserat, gelas, kramik, plastic, karet, ebonite, bakelit, PVC dan
polietilen, yang memliliki sifat – sifat yang berbeda dalam penggunaannya.
Kegagalan bahan isolasi padat
terjadi karena kekuatan listrik (strength), lebih kecil dari tekanan listrik
(stress), kegagalan yang disebabkan oleh jenis dan suhu bahan dengan
menghilangkan pengaruh luar seperti tekanan, bahan elektroda, ketidakmurnian,
dan kantong-kantong udara. Kegagalan ini terjadi jika tegangan yang dikenakan
pada bahan, dinaikkan sehingga tekanan listriknya mencapai nilai tertentu dalam
waktu yang singkat.
DAFTAR PUSTAKA
Kind, Dieter. 1993. Pengantar Teknik Eksperimental
Tegangan Tinggi. ITB: Bandung
No comments:
Post a Comment