TUGAS KELOMPOK.doc

JENIS BAHAN ISOLASI

LAPORAN BAHAN PENYEKAT (ISOLATOR)

NAMA KELOMPOK:

1. GALIH SENO PRABOWO

2. ANSUR

3. NUR AISYAH.Y

4. NUR ALAMSYAH

5. SYAHRIF MUHAMAD .I

KELAS:1B TEKNIK LISTRIK

ILMU BAHANPOLITEKNIK NEGERI PONTIANAK TAHUN 2012

DAFTRA ISHALAMANJUDULDAFTAR ISIPAKTAPENDAHULUANKATA PENGANTAR.Latar Belakang.Rumusan Masalah ..Tujuan dan Manfaat..1. ISI MAKALAH (MACAM-MACAM)

a. 2.1 Sipat bahan listrikb. 2.2 Pembagian Kelas Bahan Penyekat..c. 3.3 Macam-macam bahan penyekat..2. KESIMPULAN/SARAN3. REPERENSI /DAFTAR PUSTAKA

KATA PENGANTAR

Alhamdulillah segala puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat TuhanYang Maha Esa karena atas rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyusun makalah tentang Bahan Isolasi. Penulis menyadari dalam penulisan makalah ini masih banyak terdapat kekurangan dan kesalahan. Akan tetapi sebagai manusiabiasa, penulis tidak luput dari kesalahan dan kekeliruan.Penulis juga menyadari bahwa tanpa adanya dukungan dan bantuan dariberbagai pihak, makalah ini tidak dapat diselesaikan. Untuk itu pada kesempatan ini penulis menyampaikan terima kasih pada semua pihak yang telah membantu sehingga makalah ini dapat diselesaikan.

pontianak, 25 oktober 2012 Penyusun:1. Galih Seno Prabowo2. Ansur

3. Nur Aisyah.Y

4. Nur Alamsyah

5. Syahrif Muhamad .IPAKTA Bahan isolasi adalah suatu bahan di gunakan untuk memisahkan bagian-bagian yang bertegangan atau bagian-bagian yang aktif. mempunyai sifat dapat mengisolir arus listrik, memiliki tahanan listrik (resistansi) yang besar sekali. susunan atomnya sedemikian rupa sehingga elektronvalensinya sulit berpindah dari pita valensi ke pita konduksi, karena celah energinya (energy gap) besar sekali. Jika terjadi perpindahan elektron dari pita valensi ke pita konduksi, dengan perkataan lain terjadi tegangan tembus (breakdown voltage).Pada bahan isolasi, arus bocor, Ii, relatif sangat kecil bila dibandingkan dengan arus yang melewati penghantarnya. Ada dua kemungkinan jalannya arus bocor:1. Melalui bahan isolasi2. Melalui permukaan isolasiPersamaan arus bocor :

dimana:Ii = arus bocorIs = arus yang melewati permukaan bahan isolasiIv = arus yang mengalir melewati bahan isolasi.Persamaan tahanan :dimana :Ri = tahanan arus bocorRv = tahanan isolasi yang disebabkan oleh tahanan dalam (volume resistance)Rs = tahanan yang disebabkan oleh tahahan permukaan (surface resistance)PENDAHULUAN

Bahan listrik dalam sistem tenaga listrik merupakan salah satu elemenpenting yang akan menentukan kualitas penyaluran energi listrik itu sendiri.Bahan listrik yang sangat popular selama ini meliputi konduktor, semikonduktor dan isolator. Satu lagi yang dikenal dengan super konduktor,namun masih dalam penelitian intensif para ahli. Ketiga bahan tadi secaraintegrative dalam system kelistrikan dimanfaatkan secara optimal. Sepertimisalnya konduktor adalah salah material paling besar yang dipakai dalampenyaluran tenaga listrik baik alumunium maupun tembaga atau campurandengan bahan lain. Demikian pula isolator dipakai banyak sekali untukmenyekat bagian bagian bertegangan dengan bagian yang kontak langsungdengan manusia.Bahan listrik untuk tegangan tinggi pada dasarnya tidak berbedadengan yang dipakai pada tegangan rendah, hanya perbedaan yang mendasarterletak pada analisis sifat, perilaku dan prototype dasar yang jauh lebihkompleks yakni memasukan variable atau konstanta-konstanta baru sepertimisalnya pada tegangan tinggi sifat kasitansi penghantar sangat menonjol.Salah satu bahan listrik yang sangat berbeda karakteristiknya adalah bahanisolasi yang fungsi dan penggunaanya sangat luas.Udara dan gas termasuk bahan isolasi yang banyak digunakan untukmengisolasi peralatan listrik tegangan tinggi. Isolasi berfungsi memisahkan

dua atau lebih penghantar listrik yang bertegangan, sehingga antarpenghantar-penghantar tersebut tidak terjadi lompatan listrik (flashover) ataupercikan (spark-over). Untuk tegangan yang semakin tinggi diperlukan bahanisolasi yang mempunyai kuat isolasi yang lebih tinggi. Apabila teganganyang diterapkan mencapai tingkat ketinggian tertentu, maka bahan isolasitersebut akan mengalami pelepasan muatan (lucutan, discharge), yangmerupakan suatu bentuk kegagalan listrik. Kegagalan ini menyebabkanhilangnya tegangan dan mengalirnya arus dalam bahan isolasi. Dalam prosespelepasan listrik ada beberapa mekanisme pembangkitan atau kehilangan ion,baik dalam bentuk tunggal, maupun dalam kombinasi. Proses dasarpelepasan dalam gas meliputi antara lain :

Pembangkitan ion dengan cara benturan (collision) Elektron,fotoionisasi, ionisasi oleh benturan ion-positif, ionisasi termal, pelepasan(detachment) electron, ionisasi kumulatif, dan efek

sekunder.b.Kehilangan ion dengan cara penggabungan (attachment) elektron,rekombinasi dan difusi.

1.2 Rumusan Masalah

a. Apa itu sifat kelistrikan dari bahan isolasi?

b. Apa sifat-sifat mekanis dari bahan isolasi?c. Apa saja jenis bahan isolasi?

1.3 Tujuan dan Manfaat

a. Dapat mengetahui sifat kelistrikan dari bahan isolasi

b. Dapat mengetahui sifat-sifat mekanis dari bahan isolasic. Dapat mengetahui jenis bahan isolasi

Sipat bahan penyekatSifata- siafat bahan isolasi yang perlu diperhatikan

1. sifat kelistrikannya ( memegang peran yang sangat penting).

2. sifat mekanis,

3. sifat termal,

4. ketertahanan terhadap kimia

5. serta sifat lain nya perlu juga di perhatikan.

Sifat sifat kelistrikan :

1. resistifitas,

2. permitifitas

3. sudut kerugian dielektrik

sifat mekanis

Kekuatan mekanis bahan-bahan isolasi maupun logam adalah kemampuan menahan beban dari dalam atau luar, pada prakteknya adalah beban tarik dan geser. Jika suatu bahan dengan penampang A cm2 ditarik dengan suatu gaya tarik yang bertambah secara perlahan, maka bahan tersebut akan putus pada gaya tarik tertentu sebesar Pt Kg.

sifat terhadap panas

Pada penghantar yang dilewati arus listrik selalu terjadi kerugian daya. Kerugian daya ini selanjutnya didesipasikan dalam bentuk energy panas. Untuk itu perlu dipelajari pengaruh panas terhadap bahan-bahan isolasi dalam hal : sifat kelistrikan, kekuatan mekanis, kekerasan, viskositas, ketahanan terhadap pengaruh kimia dan sebagainya. Suatu bahan isolasi dapat rusak disebabkan oleh panas dalam kurun waktu tertentu. Waktu tersebut dikatakan sebagai umur-panas bahan isolasi. Sedangkan kemampuan bahan menahan suatu panas tanpa terjadi kerusakan disebut ketahanan panas (heat resitance).

sifat fisis dan kimia

a. Beberapa sifat fisis dan kimia yang akan di bahas disini adalah :

b. sifat kemampuan larut,

c. resistansi kimia,

d. higroskofisitas,

e. permeabilitas uap,

f. pengaruh tropis

g. dan resistansi radio aktif.

1.1.1. Resistivitas

Sesuai dengan fungsinya, bahan isolasi yg baik adalah bahan isolasi yang resistifitasnya besar tak terhingga. Tetapi pada kenyataannya bahan yang demikian itu belum bisa di peroleh.

Sampai saat ini bahan isolasi pada teknik listrik masih mengalirkan arus listrik (walaupun kecil) yang lazim disebut arus bocor. Hal ini menunjukan bahwa resistansi bahan isolasi sesuai dengan hukum Ohm adalah :

Ri= ............(1-1)

Ri - resistan isolasi (Ohm)

V - tegangan yang di gunakan (volt)

Ib - arus bocor (ampere)

Kalau di perhatikan lebih jauh, terdapat 2 macam resistansi volum (Rv) dan restani permukaan (Rv).

Resistansi volume mengakibatkan mengalirnya arus bocor. Resistansi volume mengakibatkan mengalirnya arus bocor Iv, sedangkan resistansi permukaan menyebabkan mengalirnya arus bocor Ip, seperti dtunjukan pada gambar 1-1

Gb.1-1 arus bocor Iv dan Ip pada bahan isolasi

Seperti terlihat pada Gb 1-1, Rv dan Rp adalah paralel. Sehingga berdasarkan hukum kirchoff I :

Ib = Iv + Ip . . . . . . . . . . . . . . . . . (1-2)

Dan = +. . . . . . . . . . (1-3)

Ri = . . . . . . . . . . . . . . . . .(1- 4)

Resistivitas volume pada umumnya disebut resistivitas saja.

Besar resistivitas volume adalah :

Rv = Pv . . . . . . . . . . . . . .(1-5)

Pv adalah resistivitas volume dengan (ohm meter)

I adalah panjang bagian yang di lewati arus (m)

S adalah luas penampang ()

Besar resistivitas permukaan di antara 2 bidang selebar b pada jarak a adalah :

Rp = Ps . . . . . . . . . . . . . . .(1-6)

Ps adalah resisistivitas permukaan dengan satuan Ohm.

Definisi permukaan Ps adalah resistansi pada permukaan persegi suatu bahan waktu arus mengalir di sisi lain dari penampang tersebut.

(a) (b)

Gb. 1-2 ilustrasi perhitungan resistansi

a. perhitungan resisitan volume

b. perhitungan resisitan permukaanberapa hal yang harus di perhatikan sehubungan dengan resistifitas adalah :

a. baik resistivitas volume maupun resistivitas permukaan akan bekurang besarnya jika suhu di naikan. Banyak bahan mempunyai dan yang besar pada suhu kamar, tetapi turun derastis pada suhu 100 C.

b. Untuk bahan isolasi yang di higroskopis, di daerah daerah yang lembab resistivitasnya akan turun secara mencolok.

c. Resistivitasnya akan turun jika tegangan yang di berikan naik.

Dari tiga hal tersebut di atas, maka pada pemakaian sehari-hari dalam pemakaian bahan isolasi misalnya untuk daerah kerja yang suhunya tinggi atau lembab, harus di pilih bahan yang sesuai baik bahan maupun tegangan kerjanya.

1.1.2. Permitivitas

Setiap bahan isolasi mempunyai permitivitas. Hal ini penting bagi bahan-bahan yang di gunakan sebagai dielektrik kapasitor.

Kapasitansi suatu kapsitor tergantung beberapa faktor yaitu : luas permukaan, jarak antara keping-keping kapasitor serta di elektriknya.

Besarnya kapasitansi C (farad) dapat di hitung dengan :

C = . . . . . . . . . . . . (1-7)

adalah permitivitas bahan dielektrik (F/m)

h adalah sebuah keping-keping kapasitor (m)

s adalah luas permukaan keping-keping kapasitor ()

Besarnya permitivitas udara hampir 1 yaitu 1,000589, sedangkan besarnya permitivitas untuk zat padat dan zat cair selalu lebih besar dari 1.

1.1.3 Sudut kerugian dielektrik

Pada saat bahan isolasi di beri tegangan bolak balik, maka terdapat energi yang di serap oleh bahan tersebut. Akibatnya terdapat faktor kapasitif. Hubungan vektoris tegangan dan arus pada bahan isolasi adalah sepertiditunjukan pada Gb 1-3.

Besarnya kerugian yang di serap bahan isolasi adalah berbandingan dengan lurus dengan tegangan V volt, frekuensi f hertz, kapasitansi C farat dan sudut kerugian dielektrik tan , seperti di tunjukan pada persamaan 1-8.

Gb 1-3 Ic = f (Ir)

P = V . 2 . f . C . tan . . . . . ( 1-8 )

Sehingga

Tan = . . . . . (1-9)

Dengan persamaan 1-9 terlihat bahwa makin besar tegangan, frekuensi dan kapasitansi untuk kerugian yang sama, maka makin kecil harga dan atau makin kecil sudut antara arus kapasitif Ic dengan arus total I dan makin besar sudut antara arus resistif Ir dengan arus total I.sifat terhadap panas

Pada penghantar yang dilewati arus listrik selalu terjadi kerugian daya. Kerugian daya ini selanjutnya didesipasikan dalam bentuk energy panas. Untuk itu perlu dipelajari pengaruh panas terhadap bahan-bahan isolasi dalam hal : sifat kelistrikan, kekuatan mekanis, kekerasan, viskositas, ketahanan terhadap pengaruh kimia dan sebagainya.

Suatu bahan isolasi dapat rusak disebabkan oleh panas dalam kurun waktu tertentu. Waktu tersebut dikatakan sebagai umur-panas bahan isolasi. Sedangkan kemampuan bahan menahan suatu panas tanpa terjadi kerusakan disebut ketahanan panas (heat resitance).

Klasifikasi bahan isolasi menurut IEC ( international Electrotechnical Commission) didasarkan atas batas suhu kerja bahan seperti di tunjukkan pada tabel 1-1.Tabel : 1-1

Klasifikasi bahan isolasi

KelasBahanSuhu kerja maksimal

YKatun,sutera alam, wolsintetis, rayon, serat poliamid, kertas, prespan, kayu, poliakrilat, plietilen, polivinil, karet.900

ABahan kelas Y yang diimpregnasi dengan vernis, aspal, minyak trafo.

Email yang dicampur dengan vernis dan poliamid.1050

EEmail kawat yang terbuat dari : polivinil formal, poli urethane dan dammar, bubuk plastic, bahan selulosa pengisi ppertinaks, tekstolit, triasetat, polietilen tereftalat.1200

KelasBahan Suhu kerja maksimal

BBahan anorganik (mika, fiberglas, asbes ) bitumen, bakelit, poli monochloro tri fluor etilen, poli etilen tereftalat, poli karbonat, sirlak.1300c

FBahan-bahan anorganik yang diimpregnasi atau direkatkan dengan epoksi, poliurethan, atau vernis dengan ketahanan panas yang tinggi.1500c

HMika, fiberglas dan asbes yang diimpregnasi dengan silicon tanpa campuran bahan berserat, karet silicon, email kawat poliamid murni.1800c

CBahan-bahan anorganik tanpa diimpregnasi atau diikat dengan subtansi organic yaitu : mika, mikanit tahan panas, mikaleks, gelas, keramik, Teflon, (politetra fluoraoetilen) adalah satu-satunya subtansi organic.Diatas 1800c

1.3 Ketahanan terhadap suhu rendah

Ketahanan terhadap suhu rendah ialah kemampuan bahan isolasi untuk digunakan pada suhu rendah dalam hal ini -600 hingga -700 C.

Hal ini perlu diperhitungkan bagi bahan isolasi yang digunakan untuk penghantar pada pesawat terbang, pegunungan dan sebagainya.

Umumnya bahan isolasi jika terkena suhu yang rendah akan menjadi keras dan regas. Untuk itu biasanya bahan isolasi juga di uji pada suhu rendah dengan diberi vibrasi.

1.4 Konduktivitas panas

Panas yang didesipasikan oleh penghantar atau rangkaian magnetic pada mesin listrik melalui bahan isolasi diteruskan keudara sekelilingnya. Kenaikan suhu pada penghantar dipengaruhi pula oleh resitansi panas dari bahan isolasi.

Untuk menghitung besarnya resistansi panas dapat digunakan rumus yang mirip dengan hukum ohm sebagai berikut.

P = . . . . . . . . . . ( 1 10 )

Padalah panas yang lewat melalui bahan isolasi setiap detik dalam suatuan watt.

tadalah beda suhu antara bagian yang panas dengan bagain yang dingin dalam satuan 0C.

Rp adalah resistansi panas dalam satuan derajat per watt atau ohm meter panas (pp).

Untuk menghitung besarnya resistansi panas (Rp) digunakan rumus:

Rp = p . . . . . . . . . . . ( 1-11 )

p adalah resistivitas panas (0/W atau m panas )

H adalah jarak antara bagian yang panas dan dingin (m)

S adalah penampang (m2)

Besarnya konduktivitas panas ( adalah :

. . . . . . . . . . . . (1-12)

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

Tabel : 1-2

Konduktivitas Panas Beberapa Bahan

NoNama BahanKonduktivitas Panas W/o. m

1Udara (celah yang sempit)5 . 10 -6

2Aspal7 . 10 -6

3Kertas 10 -5

4Kain yang divernis13 . 10 -6

5Pertinaks 35 . 10 -6

6Kuarsa12,5 . 10 -5

7porselin16 . 10 -5

8Steatit22 . 10 -5

9Titanium Dioksid65 . 10 -5

10Silicon dioksid12,5 . 10 -4

11Grafit18,2 . 10 -4

12karborundum20,5 . 10 -4

13Alumina3 . 10 -3

14Magnesium3,6 . 10 -3

15Besi6,8 . 10 -3

16Berillium2,18 . 10 -2

17Alumunium2,26 . 10 -2

18Tembaga3,9 . 10 -2

1.5 sifat fisis dan kimia

Beberapa sifat fisis dan kimia yang akan di bahas disini adalah : sifat kemampuan larut, resistansi kimia, higroskofisitas, permeabilitas uap, pengaruh tropis dan resistansi radio aktif.

1.5.1 sifat kemampuan larut

Sifat ini adalah diperlukan ketika menentukan macam bahan pelarut untuk suatu bahan, misalnya : vernis, plastic dan sebagainya.

Juga menguji bahan isolasi atas kemampuannya tetap tahan di dalam cairan selama diimpregnasi dan selama pemakiannya (bahan isolasi trafo minyak ).

Kemampuan larut bahan padat dapat dievaluasi berdasarkan banyaknya bagian permukaan bahan yang dapat larut setiap satuan waktu jika di beri bahan pelarut.

Kemampuian larut suatu bahan akan semakin besar jika suhunya dinaikan.umumnya bahan pelarut komposisi kimianya sama dengan bahan yang dilarutkan. contohnya : hidro karbon ( paraffin, karet alam) dilarutkan dengan cairan hidro karbon atau phenol formaldehida.

1.5.2. Resistansi kimia

Bahan isolasi mempunyai kemampuan yang berbeda ketahanannya terhadap krosi yang disebabkan oleh : gas, air, asam,basa dan garam. Hal ini perlu diperhatikan untuk pemakaian bahan isolasi yang digunakan didaerah yang konsentrasi kimianya aktif, suhu diatas normal. Karena kecepatan korosi dipengaruhi kenaikan suhu.

Bahan isolasi yang digunakan pada istalasi tegangan tinggi harus mampu menahan terjadinya ozon. Artinya, bahan tersebut harus mempunyai resitansi ozon yang tinggi. Karena ozon dapat menyebabkan isolasi berubah menjadi regas. Pada prakteknya, bahan isolasi anorganik mempunyai ketahanan terhadap ozon yang baik.

1.5.3. higroskopisitas.

Beberapa bahan isolasi ternyata mempunyai sifat higroskopisitas, yaitu sifat menyerap air disekelilingnya. Uap air ternyata dapat mengakibatkan perubahan mekanis-fisik dan memperkecil daya isolasi. Untuk itu selama penyimpanan atau pemakaian

1.5.4. Permeabilitas Uap

Kemampuan bahan untuk dilewati uap disebut permeabilitas uap bahan tersebut. Faktor ini perlu diperhatikan bagi bahan yang digunakan untuk: isolasi kabel, rumah kapasitor. Banyak uap M dalam satuan mikro-gram, selama t jam, melalui permukaan S meter persegi, dengan beda tekanan pada kedua sisi bahan p dalam satuan mm-Hg, adalah:

M = . . . . . . . . . (1-13)Persamaan 1-13 tersebut analog dengan persamaan 1-1

Aadalah permeabilitas uap yang disebut juga konstanta difusi

gadalah permeabilitas uap air dengan satuan Tabel 1-3

Permeabilitas Uap beberapa Bahan

NoNama BahanA =( )

1Parafin0,0007

2Polistirin0,03

3Karet0,03 0,08

4Selulose Triasetat1

5cellophane5

6Kaca atau Logam0

1.5.5. Pengaruh tropis

Ada 2 macam daerah tropis yaitu daerah tropis yang basah termasuk Indonesia dan daerah tropis yang kering.

Di daerah tropis yang basah memungkinkan tumbuhnya jamur dan serangga yang dapat hidup dengan baik. Suhu yang cukup tingi disertai kelembaban yang terjadi diwaktu lama dapat menyebabkan turunnya resistivitas isolasi, menambah besarnya sudut rugi dielektrik, menambah permitivitas dan mengurangi kemampuan kelistrikan bahan.

Pada penggunaan isolasi di daerah tropis harus diperhatikan 2 hal yaitu :

Perubahan sifat kelistrikan setelah bahan direndam dan kecepatan pertumbuhan jamur pada bahan tersebut. Karena hal-hal tersebut maka bahan isolasi sebaiknya dilapisi dengan bahan anti jamur, antara lain : paranitro phenol, pentha chloro phenol.

1.5.6. Resistansi Radiasi

Pemakaian bahan isolasi sering dipengarusi bermacam-macam energi radiasi. Pengaruh ini dapat mengubah sifat bahan isolasi.

Radiasi sinar matahari dapat mempengaruhi umur bahan isolasi, khususnya jika bahan tersebut bersinggungan langsung dengan oksigen.

Sinar ultra violet dapat merusak beberapa bahan organik yaitu menurunnya kekuatan mekanik, elastisasi dan retak-retak.

Sinar X, sinar-sinar dari reactor nuklir misalnya : , dan partikel-partikel radio isotop, mempunyai pengaruh sangat besar pada bahan isolasi. Bahn polimer organik akan menjadi lebih keras dan akan menjadi lebih tahan terhadap panas jika terkena sinar-sinar tersebut, misalnya : politetrafluoroethilen.

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

1.6. Sifat-sifat mekanis

Kekuatan mekanis bahan-bahan isolasi maupun logam adalah kemampuan menahan beban dari dalam atau luar, pada prakteknya adalah beban tarik dan geser. Jika suatu bahan dengan penampang A cm2 ditarik dengan suatu gaya tarik yang bertambah secara perlahan, maka bahan tersebut akan putus pada gaya tarik tertentu sebesar Pt Kg.

Dalam hal ini stress atau tegangan tarik bahan t adalah seperti ditunjukan pada persamaan 1 14.

t = . . . . . . . . . . ( 1 14)

Penambahan panjang bahan sebelum putus 1 dibagi dengan panjang mula-mula 1 disebut penambahan panjang relatif suatu bahan atau strain adalah:

= X 100%

Untuk besi tempa dan sejumlah baja tertentu tarikan dan pemanjangnya memperlihatkan kurva diskontinuitas, seperti pada gambar. 1 5

U

t Y f

Gb. 1-5 kurva t = f () pada baja lunak.

Setelah titik yPenambahan panjang tanpa memerlukan penambahan gaya atau mungkin hanya kecil saja. Gejala ini terjadi sekitar 5 hingga 7% dari panjang mula-mula.

Titik Y disebut titik lumer ( yield point ) suatu bahan, sedangkan tegangan yang menjadikan bahan lumer disebut tegangan lumer( yield stress) yang besarnya adalah :

y = . . . . . . . . . . ( 1 15 )

Pyadalah gaya yang menyebabkan bahan menyerah (kg)

Sadalah luas penampang mula-mula (m2)

1.6.1 Pengujian derajat kekerasan

Pengujian derajat kekerasan dapat dilakukan dengan penggoresan atau penumbukan dengan benda lancip terhadap bahan yang dapat mengalami deformasi plastik yaitu logam dan plastik.

Derajat kekerasan suatu bahan perlu diperhatikan terutama untuk gawai yang bergesekan seperti : mata bor, komulator, bantalan.

Pengujian derajat kekerasan untuk keramik dilakukan dengan penggoresan. Satuan derajat kekerasan bahan dengan penggoresan adalah moh dengan intan sebagai bahan terkeras nilainya 10 dan kapur sebagai yang terlunak nilainya 1. Sedangkan untuk mengukur derajat kekerasan berdasarkan tumbukan digunakan metode-metode : Brinell, Rockwell dan Vickres.

Pada cara pengujian metode Brinell, sebuah bola baja dengan diameter 10 mm dan sudah diperkeras, ditekankan di permukaan bahan yang diuji dengan beban statis sehingga menimbulkan lekukan pada permukaan bahan yang diuji. Derajat kekerasan dapat dihitung dengan persamaan ;

kekerasan = . . . . . . . . . . ( 1 16 )

derajat kekerasannya dinyatakan dengan satuan brinell (Hg)

Pada pengujian derajat kekerasan metode vickre menggunakan intan yang berbentuk pyramid. Pengujian dengan cara ini lebuh menguntungkan dibandingkan dengan metode brinell, karena pada intan tidak akan terjadi deformasi plastik. Untuk menentukan derajat kekerasannya digunakan persamaan 1-16. Yang membedakan disini, lekukannya tidak berbentuk bidang bola. Pada pengujian dengan metode vickres satuannya adalah Vickres (HD).

Pada pengujian dengan cara metode Rockwell hasil pengujiannya dapat langsung terbaca dengan alat pengujian. Sehingga pengujian dengan metode ini lebih mudah dan cepat. Mata penumbuk yang digunakan adalah intan berbentuk kerucut untuk bahan yang keras atau bola baja jika bahan yang diuji lunak.

2.1 Pembagian Kelas Bahan PenyekatBahan penyekat listrik dapat dibagi atas beberapa kelas berdasarkan suhu kerja maksimum, yaitu sebagai berikut:1. Kelas Y, suhu kerja maksimum 90CYang termasuk dalam kelas ini adalah bahan berserat organis (seperti Katun, sutera alam, wol sintetis, rayon serat poliamid, kertas, prespan, kayu, poliakrilat, polietilen, polivinil, karet, dan sebagainya) yang tidak dicelup dalam bahan pernis atau bahan pencelup lainnya. Termasuk juga bahan termoplastik yang dapat lunak pada suhu rendah. 2. Kelas A, suhu kerja maksimum 150C Yaitu bahan berserat dari kelas Y yang telah dicelup dalam pernis aspal atau kompon, minyak trafo, email yang dicampur dengan vernis dan poliamil atau yang terendam dalam cairan dielektrikum (seperti penyekat fiber pada transformator yang terendam minyak). Bahan -bahan ini adalah katun, sutera, dan kertas yang telah dicelup, termasuk kawat email (enamel) yang terlapis damar-oleo dan damar-polyamide. 3. Kelas E, suhu kerja maksimum 120C Yaitu bahan penyekat kawat enamel yang memakai bahan pengikat polyvinylformal, polyurethene dan damar epoxy dan bahan pengikat lain sejenis dengan bahan selulosa, pertinaks dan tekstolit, film triacetate, film dan serat polyethylene terephthalate.4. Kelas B, suhu kerja maksimum 130C Yaitu Yaitu bahan non-organik (seperti : mika, gelas, fiber, asbes) yang dicelup atau direkat menjadi satu dengan pernis atau kompon, dan biasanya tahan panas (dengan dasar minyak pengering, bitumin sirlak, bakelit, dan sebagainya).5. Kelas F, suhu kerja maksimum 155C Bahan bukan organik dicelup atau direkat menjadi satu dengan epoksi, poliurethan, atau vernis yang tahan panas tinggi.6. Kelas H, suhu kerja maksimum 180C Semua bahan komposisi dengan bahan dasar mika, asbes dan gelas fiber yang dicelup dalam silikon tanpa campuran bahan berserat (kertas, katun, dan sebagainya). Dalam kelas ini termasuk juga karet silikon dan email kawat poliamid murni.

7. Kelas C, suhu kerja diatas 180C Bahan anorganik yang tidak dicelup dan tidak terikat dengan substansi organic, misalnya mika, mikanit yang tahan panas (menggunakan bahan pengikat anorganik), mikaleks, gelas, dan bahan keramik. Hanya satu bahan organik saja yang termasuk kelas C yaitu politetra fluoroetilen (Teflon).

3.2 Macam-macam bahan penyekat Bahan penyekat bentuk padat, bahan listrik ini dapat dikelompokkan menjadi beberapa macam, diantaranya yaitu: bahan tambang, bahan berserat, gelas, keramik, plastik, karet, ebonit dan bakelit, dan bahan-bahan lain yang dipadatkan. Bahan penyekat bentuk cair, jenis penyekat ini yang banyak digunakan pada teknik listrik adalah air, minyak transformator, dan minyak kabel. Bahan penyekat bentuk gas, yang sering digunakan untuk keperluan teknik listrik diantaranya : udara, nitrogen, hidrogen, dan karbondioksida.JENIS BAHAN ISOLASIA. BAHAN ISOLASI GASBahan isolasi gas adalah digunakan sebagai pengisolasi dan sekaligus sebagai media penyalur panas. Bahan isolasi gas yang dibahas dalam bab ini adalah : udara, sulphur hexa fluorida (SF6) sebagai titik berat di damping gas-gas lain yang lazim digunakan di dalam teknik listrik.

1. Udara

Udara merupakan bahan isolasi yang mudah didapatkan, mempunyai tegangan tembus yang cukup besar yaitu 30 kV/ cm. Contoh yang mudah dijumpai antara lain : pada JTR, JTM, dan JTT antara hantara yang satu dengan yang lain dipisahkan dengan udara. Hubungan antara tegangan tembus dan jarak untuk udara tidak linier seperti ditunjukkan pada Gambar berikut

Gambar 1. Vt = f (celah udara) pada p = 1 atm, F = 50 Hz2. Sulphur Hexa Fluorida

Sulphur Hexa Fluorida (SF6) merupakan suatu gas bentukan antara unsur

sulphur dengan fluor dengan reaksi eksotermis :

S + 3 F2 ----------------SF6 + 262 kilo kalori

Molekul SF6 seperti ditunjukkan pada Gambar

Gambar. 2. Molekul sulphur hexa fluorideTerlihat pada gambar 3.5 bahwa molekul SF6 mempunyai 6 atom Fluor yang mengelilingi sebuah atom Sulphur, di sini masing-masing atom Fluo mengikat 1buah elektron terluar atom Sulphur. Dengan demikian maka SF6 menjadi gas yang inert atau stabil seperti halnya gas mulia. Sampai saat ini SF6 merupakan gas terberat yang mempunyai massa jenis 6,139 kg/m3 yaitu sekitar 5 kali berat udara pada suhu 00 celsius dan tekanan 1 atmosfir. Sifat lainnya adalah : tidak terbakar, tidak larut pada air, tidak beracun, tidak berwarna dan tidak berbau. SF6 juga merupakan bahan isolasi yang baik yaitu 2,5 kali kemampuan isolasi udara. Perbandingan SF6 dengan beberapa gas lain seperti tercantum pada Tabel :Tabel 1

Sifat beberapa GasSeperti telah disebutkan di atas, bahwa untuk pembentukan SF6 timbulpanas, ini berarti bahwa pada pemisahan SF6 menjadi Sulphur dan Fluor memerlukan panas dari sekelilingnya sebesar 262 k . kalori/ molekul. Hal ini tepat sekali digunakan untuk bahan pendinginan pada peralatan listrik yang menimbulkan panas atau bunga api pada waktu bekerja, misalnya : sakelar pemutus beban. Sifat dari SF6 sebagai media pemadam busur api dan relevansinya pada sakelar pemutus beban adalah :

Hanya memerlukan energi yang rendah untuk mengoperasikan mekanismenya. Pada prinsipnya SF6 sebagai pemadam busur api adalah tanpa memerlukan energi untuk mengkompresikannya, namun semata-mata karena pengaruh panas busur api yang terjadi. Tekanan SF6 sebagai pemadam busur api maupun sebagai pengisolasi dapat dengan mudah dideteksi.

Penguraian pada waktu memadamkan busur api maupun pembentukannya kembali setelah pemadaman adalah menyeluruh (tidak ada sisa unsure pembentuknya)

Relatif mudah terionisasi sehingga plasmanya pada CB konduktivitasnya tetap rendah dibandingkan pada keadaan dingin. Hal ini mengurangi kemungkinan busur api tidak stabil dengan demikian ada pemotongan arus dan menimbulkan tegangan antar kontak.

Karakteristik gas SF6 adalah elektro negatif sehingga penguraiannya menjadikan dielektriknya naik secara bertahap.

Transien frekuensi yang tinggi akan naik selama operasi pemutusan dan dengan adanya hal ini busur api akan dipadamkan pada saat nilai arusnya rendah.3. Gas-gas lain

Gas bentukan fluoro organic misalnya C7F14, C7F8, C14, F24 mempunyai tegangan tembus yang tinggi, berkisar antara 6 10 kali tegangan tembus udara. Pemakaian gas ini cocok untuk bahan isolasi pada alat-alat pemutus.Gas karbon dioksoda (CO2) dapat digunakan sebagai gas residu pada bahan dielektrik cair (minyak) pada alat-alat tegangan tinggi, antara lain : kabel dan trafo.

Gas neon adalah salah satu gas mulia yang banyak digunakan sebagai bahan pengisi lampu-lampu tabung.B. BAHAN ISOLASI CAIRBahan isolasi cair digunakan sebagai bahan pengisi pada beberapa peralatan listrik, misalnya : transformator, pemutus beban, rheostat. Dalam hal ini bahan isolasi cair berfungsi sebagai pengisolasi dan sekaligus sebagai pendingin. Karena itu persyaratan untuk bahan cair yang dapat digunakan untuk isolasi antara lain : mempunyai tegangan tembus dan daya hantar panas yang tinggi.

1. Minyak Transformator

Minyak transformator adalah minyak mineral yang diperoleh dengan pemurnian minyak mentah. Dalam pemakaiannya, minyak ini karena pengaruh panas dari rugi-rugi di dalam transformator akan timbul hidrokarbon. Selain berasal dari minyak mineral, minyak transformator dapat pula yang dapat dibuat dari bahan organik, misalnya : minyak trafo Piranol, Silikon. Sebagai bahan isolasi, minyak transformator harus mempunyai tegangan tembus yang tinggi. Pengujian tegangan tembus minyak transformator dapat dilakukan dengan menggunakan peralatan seperti ditunjukkan pada Gambar.

Gambar 4. Alat pengujian tegangan tembus minyak transformator

Jarak elektroda dibuat 2,5 cm, sedangkan tegangannya dapat diatur dengan menggunakan auto-transformator sehingga dapat diketahui tegangan sebelum saat terjadinya kegagalan isolasi yaitu terjadinya locatan bunga api. Locatan bunga api dapat dilihat lewat lubang yang diberi kaca. Selain itu dapat dilihat dari Voltmeter tegangan tertinggi sebelum terjadinya kegagalan isolasi (karena setelah terjadinya kegagalan isolasi voltmeter akan menunjukkan harga nol. Tegangan temus nominal minyak transformator untuk tegangan kerja tertentu dapat dilihat pada tabel 2.

Dengan demikian dapat diketahui apakah minyak transformator ketahanan listriknya memenuhi persyaratan yang berlaku. Ketahanan listrik minyak transformator dapat menurun karena pengaruh asam dan dapat pula karena kandungan air.

2. bahan isolasi cair lainMinyak untuk kabel yang berisolasi kertas dibuat lebih kental daripada minyak trafo, disamping itu terdapat pula bahan isolasi kabel yang di impregnasi dengan minyak yang kekentalan rendah dengan pemurnian yang tinggi, yaitu kabel untuk tegangan ekstra tinggi yang diisi minyak.Disamping bahan-bahan diatas, terdapat pula isolasi cair sintetis yang berisi chloor (hidrokarbon seperti difenil C10H12). Bahan-bahan ini diantaranya: sovol, askarel, araclor, pyralen, shibanol. Dan bahan isolasi cair lain yang lebih mahal dari minyak trafo adalah minyak silicon.

C. BAHAN ISOLASI PADAT

Kaca dan porselin adalah tergolong bahan mineral, tetapi penggunaannya tidak pada bentuk atau keadaan alaminya melainkan harus diproses terlebih dahulu dengan pemanasan (pembakaran), pengerasan dan pelumeran. Itulah sebabnya maka pembahasannya dipisahkan dengan pembahasan bahan mineral pada bab sebelumnya.

1. KacaKaca adalah substansi yang dibuat dengan pendinginan bahan-bahan yang dilelehkan, tidak berbentuk kristal tetapi tetap pada kondisi berongga. Kaca pada umumnya terdiri dari campuran silikat dan beberapa senyawa antara lain : borat, pospat. Kaca dibuat dengan cara melelehkan beberapa senyawa silikat (pasir), alkali (Na dan K) dengan bahan lain (kapur, oksida timah hitam). Karena itu sifat dari kaca tergantung dari komposisi bahan-bahan pembentuknya tersebut. Massa jenis kaca berkisar antara 2 hingga 8,1 g/cm2, kekuatan tekannya 6000 hingga 21000 kg/cm2 , kekuatan tariknya 100 hingga 300 kg/cm2. Karena kekuatan tariknya relatif kecil, maka kaca adalah bahan yang regas. Walaupun kaca merupakan substansi berongga, tetapi tidak mempunyai titik leleh yang tegas, karena pelelehannya adalah perlahan lahan ketika suhu pemanasan di naikkan. Titik pelelehan kaca berkisar antara 500 hingga 17000 C. Makin sedikit kandungan S1O2 nya makin rendah titik pelembekan suatu kaca. Demikian pula halnya dengan muai panjang () nya, makin banyak kadar S1O2 yang dikandungnya akan makin kecil nya. Muai panjang untuk kaca berkisar antara 5,5-10-7 hingga 150. 10-7 per derajat celcius.2. SitolSitol mempunyai bahan dasar kaca yang merupakan pengembangan baru. Pemakaian sitol adalah sangat luas, struktur dan sifat-sifatnya adalah diantara kaca dan keramik. Sitol juga disebut keramik-kaca atau kaca kristal. Yang banyak dijumpai dipasaran antara lain : pyroceram, vitoceram. Sitol mempunyai struktur kristal yang halus (hal ini yang membedakannya dengan kaca biasa) tetapi berongga. Tidak seperti halnya keramik biasa, sitol tidak dibuat dengan pembakaran tetapi cenderung dengan fusi dari bahan-bahan mentahnya dengan menjadikannya meleleh dan kemudian kristalisasi.

3. PorselinPorselin adalah bahan isolasi kelompok keramik yang sangat penting dan luas penggunaannya. Istilah bahan -bahan keramik adalah digunakan untuk semua bahan anorganik yang dibakar dengan pembakaran pada suhu tinggi dan bahan asal berubah substansinya. Bahan dasar dari porselin adalah tanah liat. Ini berarti bahan dasar tersebut mudah dibentuk pada waktu basah, tetapi menjadi tahan terhadap air dan kekuatan mekaniknya naik setelah dibakar. Penggunaan isolator dari porselin antara lain : isolator tarik, isolator penyangga, rol isolator seperti dapat dilihat pada gambar

Gambar 5. Beberapa isolator porselinD. BAHAN ISOLASI BERSERAT

Kelebihan dari bahan berserat adalah mempunyai fleksibilitas yang baik, kekuatan mekanis yang tinggi, mudah diproses dan murah harganya. Adapun kekurangannya adalah higroskopis dan tegangan tembusnya rendah.

Jenis-jenis bahan isolasi berserat:

Kayu

Kertas

Tekstil Akhir-akhir ini banyak tekstil sintetis yang digunakan sebagai bahan isolasi karena mempunyai beberapa keuntungan antara laian: kekuatan mekanis, elastisitas, dan tahan panas yang tinggi, higroskopisitas rendah dan lebih stabil terhadap pengaruh kimia. Serat sintetis diantanya adalah poliamid (nilon, kapron, silon, dedron), serat polyester (lavsan, terilin, tetron, dakron), seratpolistirin (PVC). Bahan berserat anorganik : Asbes dan Fiberglass

E. BAHAN ISOLASI MINERAL

Bahan isolasi mineral diperoleh dari tambang dan digunakan sebagai isolasi pada ikatan kimia atau keadaan alaminya tanpa proses kimia atau termal sebelumnya.Jenis-jenis bahan isolasi minerlal:

Mika

Mikanit

Mikanit komutator

Mikanit lempengan

Mikanit cetakan Kertas mika

Mikanit fleksibel

Pita mika

Marmer

Batu tulis

Klorida

F. BAHAN ISOLASI PLASTIK

Plastik adalah bahan sintetis yang dapat dibentuk dengan pemanasan dan dapat diperkeras bergantung pada strukturnya. Bahan isolasi plastic terdiri dari : NYA

NYM

NYY

Mikaleks

Karet

1. Karet butadin

2. Karet butil

3. Karet polichloropen

4. Karet silicon

G. BAHAN ISOLASI SERAT OPTIK

Sebagaimana namanya maka serat optik (fiber optic) dibuat dari gelas silika dengan penampang berbentuk lingkaran atau bentuk-bentuk lainnya. Pembuatan serat optik (fiber optic) dilakukan dengan cara menarik bahan gelas kental-cair sehingga dapat diperoleh serabut atau serat gelas dengan penampang tertentu. Proses ini dikerjakan dalam keadaan bahan gelas yang panas. Yang terpenting dalam pembuatan serat optik (fiber optic) adalah menjaga agar perbandingan relatif antara bermacam lapisan tidak berubah sebagai akibat tarikan. Proses pembungkusan seperti pemberian bahan pelindung atau proses pembuatan satu ikat kabel yang terdiri atas beberapa buah hingga ratusan kabel pengerjaannya tidak berbeda dengan pembuatan kabel biasa.Perkembangan terakhir, pemakaian serat optic sebagai saluran tranmisi komunikasi jarak jauh lebih menguntungkan jika dibandingkan dengan transmisi konvensional, antara lain: saluran 2 kawat sejajar kabel koaksial.Serat optik (fiber optic) adalah suatu pemandu gelombang cahaya (light wave guide) yang berupa suatu kabel tembus pandang (transparant), yang mana pemampang dari kabel tersebut terdiri dari dua bagian, yaitu : bagian tengah yang disebut Core dan bagian luar yang disebut Cladding. Cladding pada serat optik membungkus atau mengelilingi Core. Adapun bentuk pemampang dari core dapat bermacam-macang, antara lain : pipih, segi tiga, segi empat, segi banyak atau berbentuk lingkaran. Adapun gambar skema pemampang dari serat optik (fiber optic) dapat dilihat pada gambar berikut ini :

Gambar 6. Skema pemampang serat optik (fiber optic)1 KESIMPULAN

Sifat dan karakteristik bahan pada saat digunakan dalam sistem tenagalistrik mempunyai besaran yang sangat bervariasi mulia dari sifat fisik,mekanik maupun elektrik. Yang semuanya sangat berperan gunamenganalisis karakteristik sistem secara keseluruhan. Salah satu sifat yangsangat penting adalah sifat kelistrikan. Namun demikian sifat mekanis, sifat termal, ketahanan terhadap bahan kimia serta sifatsifat lainnya perlu jugadiperhatikan. Salah satau bahan listrik yang sangat luas penggunaanya dalam sitem tenaga listrik adalah isolasi. Karena seperti kita tahu bahan isolasi akan menyekat antara bagian-bagian yang bertegangan dengan yang tidsak atau dengan manusia. Ruang lingkup analisis bahan isolasi ini meliputi :

a. sifat kelistrikan

b. Sifat mekanik c. Jenis bahan isolasid. Bahanisolasi cair e. Bahan isolasi padat.

DAFTAR PUSTAKA

John Vernon, 1979, Introduction to Engineering Materiual

, English LeanguageBook, Society & Mac Millan, LondonHerman Polack, 1981,

Material Science and Metalurgy, 3rdEdition, RestonPublishing Company, Virginia.Raghavan, 1985,

Material Science and Engineering, a first course, 2ndEdition,Private Limited, LondonSeth, Swinder Parkash, 1981,

A Course in Electrical Engineering Material

,Dhanpat Rai& Sons, New Delhi