DAFTAR ISI
Pengertian Bahan Isolasi
Bahan isolasi adalah suatu bahan di gunakan untuk memisahkan bagian-bagian yang bertegangan atau bagian-bagian yang aktif.Sifat- sifat bahan isolasi yang perlu diperhatikan
- Sifat kelistrikannya ( memegang peran yang sangat penting).
- Sifat mekanis,
- Sifat termal,
- Ketertahanan terhadap kimia
- Serta sifat lain nya perlu juga di perhatikan.
Sifat sifat kelistrikan :
- Resistivitas,
- Permitivitas
- Sudut kerugian dielektriktrrds
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 :
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 di tunjukan pada gambar berikut :
Seperti terlihat pada Gb diatas, Rv dan Rp adalah paralel. Sehingga berdasarkan hukum kirchoff I :
Resistivitas volume pada umumnya disebut resistivitas saja.
Besar resistivitas volume adalah :
Besar resistivitas permukaan di antara 2 bidang selebar b pada jarak a adalah :
Definisi permukaan Ps adalah resistansi pada permukaan persegi suatu bahan waktu arus mengalir di sisi lain dari penampang tersebut.
berapa hal yang harus di perhatikan sehubungan dengan resistifitas adalah :
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.
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 :
Besarnya permitivitas udara hampir 1 yaitu 1,000589, sedangkan besarnya permitivitas untuk zat padat dan zat cair selalu lebih besar dari 1.
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 seperti ditunjukan 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.
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.
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 di tunjukan pada gambar berikut :
Seperti terlihat pada Gb diatas, Rv dan Rp adalah paralel. Sehingga berdasarkan hukum kirchoff I :
Resistivitas volume pada umumnya disebut resistivitas saja.
Besar resistivitas volume adalah :
Besar resistivitas permukaan di antara 2 bidang selebar b pada jarak a adalah :
Definisi permukaan Ps adalah resistansi pada permukaan persegi suatu bahan waktu arus mengalir di sisi lain dari penampang tersebut.
berapa hal yang harus di perhatikan sehubungan dengan resistifitas adalah :
- Baik resistivitas volume maupun resistivitas permukaan akan bekurang besarnya jika suhu di naikan. Banyak bahan mempunyai ρv dan ρp yang besar pada suhu kamar, tetapi turun derastis pada suhu 100 ° C.
- Untuk bahan isolasi yang di higroskopis, di daerah daerah yang lembab resistivitasnya akan turun secara mencolok.
- 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.
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 :
Besarnya permitivitas udara hampir 1 yaitu 1,000589, sedangkan besarnya permitivitas untuk zat padat dan zat cair selalu lebih besar dari 1.
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 seperti ditunjukan 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.
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
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
1. 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.
2. Konduktivitas panas
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.
2. 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.
Rp adalah resistansi panas dalam satuan derajat per watt atau ohm meter panas (pp).
Untuk menghitung besarnya resistansi panas (Rp) digunakan rumus:
Bahan-bahan tersebut di udara mempunyai ρp yang tinggi dan ρp tersebut akan turun bila bahan diimpregnasi atau bila bahan menjadi lembab.
Tabel : 1-2 Konduktivitas Panas Beberapa Bahan
Untuk menghitung besarnya resistansi panas dapat digunakan rumus yang mirip dengan hukum ohm sebagai berikut.
Rp adalah resistansi panas dalam satuan derajat per watt atau ohm meter panas (pp).
Untuk menghitung besarnya resistansi panas (Rp) digunakan rumus:
Bahan-bahan tersebut di udara mempunyai ρp yang tinggi dan ρp tersebut akan turun bila bahan diimpregnasi atau bila bahan menjadi lembab.
Tabel : 1-2 Konduktivitas Panas Beberapa Bahan
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.
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.
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.
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.
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:
Tabel 1-3 Permeabilitas Uap beberapa Bahan
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.
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 : α, β dan γ 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.
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 σt adalah seperti ditunjukan pada persamaan 1 – 14.
Titik Y disebut titik lumer ( yield point ) suatu bahan, sedangkan tegangan yang menjadikan bahan lumer disebut tegangan lumer( yield stress) yang besarnya adalah :
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 ;
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.