BAHAN ISOLASI TUGAS BAHAN LISTRIK
Oleh : PUTU RUSDI ARIAWAN
(0804405050) (08044050 50)
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA JIMBARAN-BALI 2009
KATA PENGANTAR
Puji syukur kami panjatkan kehadapan Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat rahmat dan petunjuk-Nyalah Paper Bahan Isolasi ini dapat diselesaikan. Dengan karunia kesehatan dan kesempatan dari-Nya pula, makalah ini pun dapat rampung tepat pada wa ktunya. Ucapan terima kasih kami berikan kepada semua pihak yang telah banyak banyak membantu membantu kami dalam penyusun penyusunan an makalah makalah ini. Khususny Khususnyaa kepada Bapak Ir. Ketut Wijaya M. Erg selaku dosen Mata Kuliah Bahan Listrik Jurusan Teknik Elektro dan juga berbagai pihak yang tidak dapat kami sebutkan satu persatu. Makalah ini bertujuan untuk memenuhi tugas mata kuliah Bahan Listrik. Disamping itu juga untuk memberikan informasi kepada para pembaca mengenai materi Bahan Isolasi. Kami menyadari sepenuhnya makalah ini masih jauh dari sempurna, sehingga kami sebagai penyusun mengharapkan berbagai saran dan kritik yang bersifat membangun, agar nantinya dapat dijadikan pedoman bagi kami dalam penyusunan makalah berikutnya.
Denpasar, Februari 2009
Penyusun
PUTU RUSDI ARIAWAN
ii
DAFTAR ISI
............................................. ............................ .............................. ............................... ............................ ............. i JUDUL ............................... KATA PENGANTAR ........................... ........................................... .................................. ................................... ................... .. ii DAFTAR ISI ............................. ........................................... .............................. ............................... ............................... .................... .... iii
.............................................. ................................ ............................ ............ 1 BAB I. PENDAHULUAN .............................. 1.1 Latar Belakang Belakang ........................... ........................................... ................................. ................................. .................... .... 1 1.2 Rumusan Rumusan Masalah Masalah ............................ .......................................... ............................ .............................. ................... ... 1 1.3 Tujuan Tujuan Penuli Penulisan san ........ .............. ........... .......... .......... ......... .......... ........... .......... .......... ......... .......... ........... ......... ........ .... 1 1.4 Manfaat Manfaat Penulisan Penulisan ............................ .......................................... ............................ .............................. ................... ... 2 1.5 Metode Metode Penuis Penuisan an ........ .............. ........... .......... .......... ......... .......... ........... .......... .......... ......... .......... ........... ......... ........ .... 2
BAB BAB II PEMBAH PEMBAHAS ASAN AN ............................ ........................................ .............................. .................................. ................... ... 3
2.1
Bahan Isolasi Isolasi............ ............................ .............................. .............................. ............................ ........................ ............ 3
2.2
Jenis Bahan Isolasi Isolasi ............................ ............................................ ................................. ............................ ........... .4 2.2.1 Bahan Isolasi Isolasi Gas .......................... .......................................... .............................. ........................ .......... .4 2.2.2 Bahan Isolasi Isolasi Cair...................... Cair...................................... ................................. ............................ ........... .6 2.2.3 Bahan Isolasi Isolasi Padat............................ Padat.......................................... .............................. ...................... ...... .7
2.3
Sifat-Sifat Sifat-Sifat Bahan Isolasi Isolasi ............................ .......................................... .............................. ...................... ...... .7 2.3.1 Sifat Kelistrikan......... Kelistrikan......................... ................................ ................................. ............................ ........... .7 2.3.2 Sifat Terhadap Terhadap Panas .......................... .......................................... ............................... ................... .... 10 2.3.3 Sifat Fisis Dan Kimia....................... Kimia..................................... ............................ ........................ .......... 13 2.3.4 Sifat Mekanis........... Mekanis............................. ................................... ................................. ........................... ........... 16
BAB V PENUTUP
5.1
Simpulan.......................... Simpulan........................................ .............................. ............................... ............................... .................... .... 18
5.2
Saran-sara Saran-saran n ........................... .......................................... ............................... .............................. .............................18 ...............18
DAFTAR PUSTAKA
PUTU RUSDI ARIAWAN
iii
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Latar Belakang Belakang Bahan listrik dalam sistem tenaga listrik merupakan salah satu elemen penting
yang akan menentukan kualitas penyaluran energi listrik itu sendiri. Bahan listrik yang sangat popular selama ini meliputi konduktor, semi ko nduktor dan isolator. Bahan listrik listrik sudah digunakan oleh masyarakat masyarakat luas
untuk berbagai macam
aplikasi peralatan listrik dan tentunya peralatan tersebut didukung oleh keamanan peralatan serta keamanan konsumen atau pengguna. Untuk itu harus pengguna harus mengetahui bahan isolasi yang ada dan diperhatikan dalam ketepatan pemilihan bahan oleh para pengguna. Pada kemajuan teknologi tegangan tinggi, isolasi listrik memegang peranan yang sangat penting dalam teknik tegangan tinggi, Isolasi listrik sangat diperlukan untuk menunjang keandalan di dalam penyaluran tegangan listrik. Sifat dan karakteristik bahan pada saat digunakan dalam sistem tenaga listrik mempunyai besaran yang sangat bervariasi mulia dari sifat fisik, mekanik maupun elektrik. Yang semuanya sangat berperan guna menganalisis karakteristik sistem secara keseluruhan. Salah satu sifat yang sangat penting adalah sifat kelistrikan. Namun demikian sifat mekanis, sifat termal, termal, ketahanan terhadap bahan kimia serta serta sifat-sifat sifat-sifat lainnya perlu juga diperhatikan. Salah satau bahan listrik yang sangat luas penggunaanya dalam sitem tenaga listrik adalah isolasi. Bahan isolasi digunakan untuk memisahkan bagian-bagian yang bertegangan atau bagia-bagian yang aktif.
1.2 Rumusan Masalah Masalah
1. Apa yang dimaksud dengan bahan isolasi? 2. Bagaimanakah sifat-sifat bahan isolasi? 3. Apa saja jenis-jenis jenis-jenis dari bahan isolasi isolasi listrik? listrik?
1.3 1.3 Tuj Tujua uan n
1. Untuk mengetahui apa yang dimaksud dengan bahan isolasi 2. Untuk mengetahui bagaimanakah sifat-sifat bahan isolasi 3. Untuk mengetahui apa saja jenis-jenis dari bahan isolasi listrik
1.4 Manfaa Manfaatt
1. Kita dapat mengetahui apa yang dimaksud dimaksud dengan bahan isolasi 2. Kita dapat mengetahui bagaimanakah sifat-sifat bahan isolasi 3. Kita dapat mengetahui apa saja jenis-jenis dari bahan isolasi listrik
1.5 Metode Penulisan Penulisan
Adapun pembuatan makalah ini ditulis dengan menggunakan metode kajian pustaka yakni melalui buku-buku dan sumber-sumber tertulis lainnya yang berhubungan dengan tema yang telah ditentukan. Selain itu, kami juga mengambil bahan dan data-data yang berhubungan dengan makalah ini melalui media internet.
PUTU RUSDI ARIAWAN
2
BAB II PEMBAHASAN
2.1 Bahan Isolasi
Bahan isolasi merupakan alat yang digunakan untuk memisahkan bagian-bagian yang bertegangan atau bagian-bagian yang aktif. Bahan isolasi merupakan suatu peralatan yang digunakan sebagai pembatas dan pengaman pada peralatan listrik yang mempunyai kekuatan listrik yang cukup untuk menjamin sistem keselamatan yang diperlukan pada saat peralatan listrik tersebut beroperasi maupun tidak beroperasi. Bahan isolasi yang digunakan dalam teknik tegangan tinggi dibedakan menjadi: bahan isolasi gas, bahan bahan isolasi padat, padat, bahan isolasi isolasi cair. Pada dasarnya dasarnya suatu bagian bagian yang aktif peralatan listrik harus diisolasi sehingga mempunyai sistem keamanan dan kenyamanan Koordinasi isolasi dapat di definisikan sebagai korelasi antara daya isolasi alat-alat dan sirkuit listrik disatu pihak, dan karakteristik alat-alat pelindungnya dilain pihak, sehingga isolasi tersebut
terlindung dari bahaya-bahaya tegangan lebih. Koordinasi
isolasi dilakukan dengan menentukan kesesuaian yang diperlukan antara daya isolasi alatalat listrik dan karakteristik alat-alat pelindung terhadap tegangan lebih, yang masingmasing
ditentukan
oleh
tingkat
ketahanan
impuls
dan
tingkat
perlindungan
impulsnya.koordinasi isolasi mempunyai tujuan untuk perlindungan terhadap peralatan dan penghematan. Beberapa sistem yang perlu diperhatikan dalam koordinasi isolasi adalah: 1. Pene Penent ntuan uan sifa sifatt gang ganggua guan n 2. Penentuan Penentuan daya isolasi isolasi petral petralatan atan seperti: seperti: isolat isolator, or, bushing, bushing, dan trafo. trafo. 3. Penent Penentuan uan tegan tegangan gan impu impuls ls stan standar dart. t. 4. Karakterist Karakteristik ik alat-al alat-alat at pelindung pelindung seperti seperti CB, Arrester. Arrester. Basic Impuls Insulation 5. Penentuan Penentuan tingkat tingkat isolasi isolasi impuls impuls dasar dasar ( BIL ) yang disingkat disingkat Basic Level . Bil ini merupakan suatu besar tegangan yang masih mampu ditahan oleh peralatan listrik, atau kemampuan peralatan listrik menahan tegangan maksimum pada saat terjadi tegangan lebih.
PUTU RUSDI ARIAWAN
3
2.2 Jenis Bahan Isolasi
Ada 3 jenis bahan isolasi yaitu : gas, padat, cair. Berikut ini adalah penjelasan dari ketiga jenis bahan isolasi tersebut.
2.2.1 Bahan Isolasi Gas
Bahan isolasi adalah digunakan sebagai pengisolasi dan sekaligus sebagai media penyalur panas. Bahan gas yang biasa digunakan adalah udara dan sulfur hexafluida (SF6). 1. Udara
Udara merupakan merupakan bahan isolasi isolasi yang mudah didapatkan didapatkan,, mempunyai tegangan 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 Hubungan antara antara tegangan tembus tembus dan jarak untuk udara tidak tidak linier seperti seperti ditunjukkan ditunjukkan pada gambar dibawah dibawah ini :
Gambar 2.1 kurva perbandingan
Kalau 2 buah elektroda yang dipisahkan dengan udara mempunyai beda tegangan yang cukup tinggi yaitu tegangan yang melebihi tegangan tembus, maka akan timbul
PUTU RUSDI ARIAWAN
4
loncatan loncatan bunga api. api. Secara Secara umum, makin makin besar tekanannya, tekanannya, makin makin besar besar pula tegangan tegangan tembusnya. tembusnya. Tetapi Tetapi untuk keadaan pakem justru justru tegangan tembus tembus akan menjadi menjadi lebih besar. besar. Keadaan yang demikian inilah inilah yang digunakan digunakan atau diterapkan diterapkan pada beberapa peralatan listrik. 2. 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 dibawah ini :
Gambar. 2.2 Molekul sulphur hexa fluoride
Sampai saat ini SF6 merupakan merupakan gas terberat yang yang mempunyai massa massa jenis 6,139 kg/m3 yaitu sekitar sekitar 5 kali berat udara pada suhu 00 celsius dan tekanan 1 atmosfir. Sifat Sifat lainnya adalah : tidak terbakar, tidak larut pada air, tidak beracun, tidak berwarna dan tidak berbau. SF6 juga merupakan bahan isolasi isolasi yang baik yaitu 2,5 kali kemampuan isolasi udara. Tabel 1 Sifat beberapa Gas Gas
Massa jenis ((k kg/m3)
Konduktivitas panas (W/ . m)
Tegangan Tembus kV/ kV/ cm
Udara
1,228
5 . 10-6
30
SF6
6,139
1,9 . 10-5
75
Nitrogen (N 2)
1,191
5,4 . 10-6
30
Karbon dioksida
1,867
3,2 . 10-6
27
Hidrogen
0,086
3,3 . 10-5
18
PUTU RUSDI ARIAWAN
5
2.2.2 Bahan Isolasi Cair
Bahan isolasi cair merupakan bahan pengisi pada beberapa peralatan listrik. Bahan isolasi cair ini biasanya digunakan pada peralatan seperti transformator, pemutus beban, rheostat. Bahan isolasi cair memiliki dua fungsi yaitu sebagai pemisah antara bagian yang bertegangan atau pengisolasi dan juga sebagai pendingin. Persyaratan agar bahan cair dapat digunakan sebagai bahan isolasi adalah mempunyai tegangan tembus dan daya hantar panas yang tinggi. Beberapa alasan digunakannya bahan isolasi cair adalah sebagai berikut: 1. Isolasi Isolasi cair memili memiliki ki kerapatan kerapatan 1000 kali kali atau lebih lebih dibandingkan dibandingkan dengan isolasi isolasi gas, gas, sehingga memiliki kekuatan dielektrik yang lebih tinggi menurut hukum Paschen. 2. Isolasi cair akan mengisi celah atau ruang yang akan diisolasi dan secara secara serentak melalui proses konversi menghilangkan panas yang timbul akibat rugi energi. 3. Isolasi cair cenderung dapat memperbaiki diri sendiri ( self healing ) jika terjadi pelepasan muatan (discharge (discharge). ). Namun kekurangan utama isolasi cair adalah mudah terkontaminasi. Adapun sifat-sifat listrik yang menentukan unjuk kerja cairan sebagai isolasi adalah: 1. Withstand Breakdown Yaitu kemampuan untuk tidak mengalami ketembusan dalam kondisi tekanan listrik (electric stress ) yang tinggi. 2. Kapasitansi Kapasitansi Listri Listrik k per unit volume volume yang menentuka menentukan n permitivitas permitivitas relati relatifnya. fnya. Minyak Minyak petroleum merupakan subtansi nonpolar yang efektif karena merupakan campuran cairan hidrokarbon. Minyak ini memiliki permitivitas kira-kira 2 atau 2.5 . Ketidakbergantungan permitivitas subtansi nonpolar pada frekuensi membuat bahan ini lebih banyak dipakai dibandingkan dengan bahan yang bersifat polar. Misalnya air 9 memiliki permitivitas 78 untuk frekuensi 50 Hz, namun hanya memiliki permitivitas 5 untuk gelombang mikro. 3. Faktor day daya Faktor dissipasi daya dari minyak dibawah tekanan bolak balik dan tinggi akan menentukan unjuk kerjanya karena dalam kondisi berbeban terdapat sejumlah rugirugi dielektrik. Faktor dissipasi sebagai ukuran rugi-rugi daya merupakan parameter
PUTU RUSDI ARIAWAN
6
yang penting bagi kabel dan kapasitor. Minyak transformator murni memiliki faktor -4
o
-3
o
dissipasi yang bervariasi antara 10 pada 20 C dan 10 pada 90 C pada frekuensi 50 Hz. 4. Res Resisti istivi vita tass Suatu cairan dapat digolongkan sebagai isolasi cair bila resitivitasnya lebih besar dari 10
9
W-m. Pada sistem tegangan tinggi resistivitas yang diperlukan untuk material 16
isolasi adalah 10 W-m atau lebih.
2.2.3 Bahan Isolasi Padat
Bahan isolasi padat adalah bahan isolasi yang berbentuk padat. Ada beberapa jenis bahan isolasi padat seperti : kayu, kertas, mika, porselin, kaca, sitol, dan lain-lain.
2.3 Sifat-Sif Sifat-Sifat at Bahan Isolasi 2.3.1. Sifat Kelistrikan
Terdapat 3 hal pokok yang dibahas di dalam sub-bab ini yaitu resistivitas, permitivitas dan sudut kerugian dielektrik. Dari 3 hal tersebut akan memberikan gambaran sifat kelistrikan suatu bahan isolasi di samping sifat-sifat yang lain. 1. Resistivitas
Sesuai dengan fungsinya, bahan isolasi yang baik adalah bahan isolasi yang resistivitasnya besar tak terhingga. terhingga. Tetapi pada kenyataannya bahan yang demikian itu belum bisa diperoleh. Sampai saat saat ini semua semua bahan isolasi pada teknik listrik masih mengalirkan mengalirkan arus arus listrik listrik (walaupun (walaupun kecil) kecil) yang lazim disebut disebut arus bocor. bocor. Hal ini menunjukkan bahwa resistansi resistansi bahan isolasi isolasi bukan tidak terbatas besarnya. Besarnya Besarnya resistansi resistansi bahan bahan isollasi isollasi sesuai dengan Hukum Ohm adalah adalah : Ri = v / Ib Dengan variabel variabel sebagai sebagai berikut : Ri = resistansi isolasi (ohm) V = tegangan yang digunakan (volt) Ib = arus bocor (ampere)
PUTU RUSDI ARIAWAN
7
diperhatikan lebih jauh, jauh, terdapat 2 macam resistansi yaitu yaitu resistansi volume (Rv) dan resistansi permukaan (Rp). Resistansi Resistansi volume volume mengakibatkan mengakibatkan mengalirn mengalirnya ya arus bocor Iv, Iv, sedangkan sedangkan resistansi resistansi permukaan menyebabkan mengalirnya arus bocor lp, seperti ditunjukkan pada Gb. 2.3
Gambar 2.3 Arus bocor Iv dan Ip pada bahan isolasi
Seperti Seperti terlihat terlihat pada Gb.3.1 RY dan Rp adalah paralel. paralel. Sehingga Sehingga berdasarkan berdasarkan Hukum Kirchoff 1 : Ib= v + ip Dan 1/ Ri =1/ Rv + 1/ Rp Ri = (Rv . Rp)/ (Rv + Rp) Resistivitas volume pada umumnya disebut resistivitas saja.
Besarnya Besarnya resistivit resistivitas as volume adalah : Rv = py 1 / S Dengan variabel sebagai berikut : pv - adalah resist resistivita ivitass volume dengan dengan (ohm - meter) 1 - adalah panjang panjang bagian yang dilewati dilewati arus (m) (m) S - adalah luas luas penampang penampang (m2) (m2)
Besarnya resistivitas permukaan di antara 2 bidang selebar b pada jarak a adalah : Rp = ps (a/ b) Dengan variabel sebagai berikut : PS adalah resistivitas permukaan dengan satuan ohm.
Derinisi darl resistivitas permukaan PS adalah resistansi pada permukaan persegi suatu bahan waktu arus mengalir di sisi lain dari penampang tersebut.
PUTU RUSDI ARIAWAN
8
Gambar 2.4 llustrasi perhitungan resistansi
Beberapa hal yang harus diperhatikan sehubungan dengan resistivitas adalah : a. Baik resistivit resistivitas as volume maupun maupun resistivita resistivitass permulaan akan berkurang berkurang besarnya besarnya jika suhu dinaikkan. Banyak bahan yang mempunyai pv dan pp yang besar pada suhu 0
kamar, tetapi tetapi turun drastis drastis pada suhu 100 C. b. Untuk bahan isolasi yang higroskopis, di daerah-daerah yang lembab resistivitasnya akan turun secara mencolok. c. Resistivitas akan turun jika tegangan yang diberikan naik Dari 3 hal tersebut tersebut diatas, maka pada pemakaian pemakaian sehari-hari sehari-hari dalam dalam pemakaian bahan isolasi isolasi misaInya misaInya untuk daerah kerja kerja yang suhunya tinggi tinggi atau lembab, lembab, harus dipilih dipilih bahan yang sesuai baik bahan maupun tegangan kerjanya.
2. Permitivitas
Setiap bahan isolasi mempunyai permitivitas. Hal ini bagi bahan -bahan yang digunakan digunakan sebagai elektrik elektrik kapasitor. kapasitor. Kapasitansi Kapasitansi suatu kapasitor kapasitor tergantung tergantung beberapa beberapa faktor yaitu : luas luas permukaan, jarak antara keping-keping kapasitor serta dielektriknya. Besarnya kapasitansi C (farad) dapat dihitung dengan :
C
10
9
36
S h
Dengan variabel sebagai berikut :
adalah permitivitas bahan elektrik (F/m)
h adalah jarak keping-keping kapasitor (m) S adalah luas permukaan keping-keping kapasitor (m2) Besarnya permitivitas udara hampir 1 yaitu 1.000.589, sedangkan besarnya permitivitas untuk zat padat dan zat cair selalu lebih besar dari 1.
PUTU RUSDI ARIAWAN
9
3. Sudut Kerugian Dielektrik
Pada saat bahan isolasi diberi tegangan bolak balik, maka terdapat energi yang diserap diserap oleh bahan tersebut. tersebut. Akibatnya terdapat terdapat faktor kapasitif. kapasitif. Hubungan Hubungan vektoris vektoris antara tegangan dan arus pada bahan isolasi adalah seperti ditunjukkan pada Gb. 3.3. Besarnya kerugian yang diserap bahan isolasi adalah berbanding lurus dengan tegangan tegangan V volt, frekuensi f hertz, kapasitansi C farad, dan sudut kerugian dielektrik tan , seperti ditunjukkan pada persamaan berikut.
Ic
V
Ir
Gambar 2.5 Hubungan IC = f (Ir)
P = V . 2π . f . C . tan
Sehingga tan
P 2
V .2 . f .C
Dari persamaan di atas terlihat bahwa makin besar tegangan, frekuensi dan kapasitansi untuk kerugian yang sama, maka makin kecil harga tan atau atau makin makin kecil kecil sudut antara arus kapasitif IC IC dengan arus total I dan makin besar sudut antara arus resistif Ir dengan arus total I.
2.3.2 Sifat Terhadap Terhadap Panas
Pada penghantar yang dilewati dilewati arus listrik listrik selalu terjadi kerugian daya. Kerugian daya ini selanjutnya didesipasikan dalam bentuk energi panas. Untuk Untuk itu perlu dipelajari pengaruh pengaruh panas terhadap bahan-bahan bahan-bahan isolasi isolasi karena panas dapat mempengaruhi mempengaruhi bahan isolasi dalam hal : sifat kelistrikan, kelistrikan, kekuatan mekanis, kekerasan, viskositas, ketahanan terhadap terhadap pengaruh kimia kimia dan sebagainya. sebagainya. Suatu Suatu bahan isolasi dapat rusak rusak disebabkan disebabkan oleh panas dalam kurun kurun waktu tertentu. tertentu. Waktu tersebut tersebut dikatakan dikatakan sebagai umur panas bahan isolasi. isolasi. Sedangkan Sedangkan kemampuan kemampuan bahan bahan menahan suatu panas tanpa tanpa terjadi terjadi
PUTU RUSDI ARIAWAN
10
kerusakan disebut ketahanan panas (heat resistance). resistance). Klasifikasi Klasifikasi bahan isolasi menurut IEC (Internati (International onal Electrotechnic Electrotechnical al Commission) Commission) didasarkan didasarkan atas batas suhu kerja bahan. Tabel 2 kelas bahan isolasi KELAS
Y
BAHAN
SUHU KERJA MAKS
Katu Katun, n, suter uteraa ala alam, m, wolsi olsint ntet etiis, ray rayon, on, ser serat, at,
90 C
0
poliamid, kertas, prespan, kayu ,poliakrilat, polietilen, polivinil, karet. A
Bahan kelas Y yang diimpregnas nasi denga ngan
0
105 C
vernis, aspal, minyak trafo. Email yang dicampur dengan vernis dan poliamid. E
Email kawat ya yang terb erbuat dari : polivin vinil
120 C
formal, poli urethane dan damar , bubuk plastik,
bahan
selulosa
pengisi
pertinaks,
tekstolit triasetat, polietilen tereftalat. B
Bahan anorganik (m (mika, fi fiberg erglass, as asbes) es)
0
130 C
bitumen, bakelit, poli monochloro tri flour etilen, poli etilen tereftalat, polikarbonat, sirlak F
Bahan – bahan anorganik yang diimpregnasi
0
155 C
atau direkat dengan epoksi, poliurethan, atau vernis dengan ketahanan panas yang tinggi H
Mika, ika, fiber ibergl glas asss dan dan asbe asbess yang ang dii diimpre mpregn gnas asii
0
180 C
dengan silicon tanpa campuran bahan berserat, karet silicon, email kawat poliamid murni C
Bahan – bahan an anorganik ta tanpa diimpregnasi
0
Di atas 180 C
atau diikat dengan substansi organik yaitu : mika, mikanit tahan panas, mikaleks, gelas, keramik, Teflon (politetra fluoroetilen) adalah satu – satunya satunya substansi substansi organik organik
PUTU RUSDI ARIAWAN
11
1. Ketahanan terhadap suhu rendah
Ketahanan terhadap suhu rendah ialah kemampuan bahan isolasi untuk digunakan 0
0
pada suhu rendah dalam hal ini -60 hingga -70 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 diuji pada suhu rendah dengan deng an diberi vibrasi.
2. Konduktivitas Panas
Panas yang didesipasikan oleh penghantar atau rangkaian magnetic pada medan listrik melalui bahan isolasi diterusakan ke udara sekelilingnya. Untuk menghitung besarnya resistansi panas dapat digunakan rumus yang mirip dengan hokum ohm sebagai berikut : P P
t Rp
Dengan variabel sebagai berikut : P : adalah panas yang lewat melalui bahan isolasi setiap detik dalam satuan watt. t : adalah beda suhu antara bagian yang panas dengan bagian yang yang dingin dalam satuan 0
C.
Rp : adalah resistansi panas delam satuan derajat per watt atau ohm meter panas pa nas ( p). p).
Untuk menghitung besarnya resistansi panas (Rp) digunakan rumus : Rp p
h s
Dengan varibel sebagai berikut : p
: adalah resistivitas panas (o/W atau m Ω panas ).
h
: adalah jarak jarak antara bagian yang yang panas dan dingin (m).
S
: ada adallah pena penamp mpan ang g (m (m ).
PUTU RUSDI ARIAWAN
2
12
Besar konduktivitas panas ( p) p) adalah : p =
1 p
Bahan – bahan tersebut tersebut di udara mempunyai mempunyai p yang tinggi dan p tersebut akan turun bila bahan diimpregasi atau bila bahan menjadi lembab. Tabel 3 konduktivitas beberapa bahan
No.
Nama Bahan
Konduktivitas Panas (W/o.m) -6
1
Uadara (celah yang sempit)
5 . 10
2
Aspal
7 . 10
3
Kertas
10
4
Kain yang divernis
13 . 10
5
Pertinaks
35 . 10
6
Kuarsa
12,5 . 10
7
Porselin
16 . 10
8
Steatit
22 . 10
9
Titanium dioksid
65 . 10
10
Silikon dioksid
12,5 . 10
11
Grafit
18,2 . 10
12
Karborundum
20,5 . 10
13
Alumina
14
Magnesium
3,6 . 10
15
Besi
6,8 . 10
16
Berilium
2,18 . 10
17
Aluminium
2,26 . 10
18
Tembaga
3,9 . 10
-6
-5 -6 -6 -5
-5 -
-5 -4 -4 -4
-3
3 . 10
-3 -3 -2 -2
-2
2.3.3 Sifat Fisis dan Kimia
Beberapa sifat fisis dan kimia yang akan dibahas di sini adalah; sifat kemampuan larut, resistansi kimia, higroskopisitas, permeabilitas uap, pengaruh tropis dan resistansi radio aktif.
PUTU RUSDI ARIAWAN
13
a. Sifat kemampuan Larut
Sifat ini adalah diperlukan ketika menentukan macam bahan pelarut untuk suatu bahan, misalnya : vernis, plastik, dan sebagainya. Juga ketika menguji bahan isolasi atas kemampuannya tetap tahan di dalam cairan selama diimpregnasi dan selama pemakaiannya (bahan isolasi trafo minyak). Kemampuan larut bahan padat dapat dievaluasi berdasarkan banyaknya bagian permukaan bahan yang dapat larut setiap satuan waktu jika diberi bahan pelarut. Kemampuan larut suatu bahan akan lebih besar jika suhunya dinaikkan. Umumnya bahan pelarut komposisi kimianya sama dengan bahan yang dilarutkan. Contohnya : hidro karbon (parafin, karet alam) dilarutkan dengan cairan hidro karbon atau phenol formaldehida.
b. Resistansi Kimia
Bahan isolasi mempunyai kemampuan yang berbeda ketahanannya terhadap korosi yang disebabkan oleh : gas, air, asam, basa dan garam. Hal ini perlu diperhatikan untuk pemakaian bahan isolasi yang digunakan di daerah yang kosentrasi kimianya aktif, suhu di atas normal. Karena kecepatan korosi dipengaruhi pula oleh kenaikkan suhu. Bahan isolasi yang digunakan pada instalasi tegangan tinggi harus mampu menahan terjadinya ozon. Artinya, bahan tersebut harus mempunyai resistansi ozon yang yang tinggi. Karena ozon dapat menyebabkan isolasi berubah menjadi regas. Pada prakteknya, bahan isolasi anorganik mempunyai ketahanan terhadap ozon yang baik.
c. Higroskopisitas
Beberapa bahan isolasi ternyata mempunyai sifat higroskopisitas, yaitu sifat menyerap air sekelilingnya. Uap air ternyata dapat mengakibatkan perubahan mekanis fisik (physico mechanical) dan memperkecil daya isolasi. Untuk itu selama penyimpanan atau pemakaian bahan isolasi agar tidak terjadi penyerapan uap air oleh bahan isolasi, maka hendaknya bahan penyerap uap air yaitu senyawa P2O5 atau Ca Cl2. Bahan dielektrik yang melekulnya berisi kelompok hidroksil (OH), higroskopisitasnya relative besar. Sedangkan bahan dielektrik seperti : parafin, polietilin dan politetra fluoro etilen adalah bahan -bahan nonhigroskopis.
PUTU RUSDI ARIAWAN
14
d. Permeabilitas Uap kemapuan bahan isolasi untuk dilewati uap disebuat permeabilitas uap bahan tersebut. Factor ini perlu perlu diperhatikan bagi bahan yang yang digunakan untuk : isolasi isolasi kabel, 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=
A . h .10 2 S . t . P
A : adalah permeabilitas uap yang juga disebut konstansi difusi g : adalah permeabilitas uap air dengan satuan
g cm. jam.mmHg
Tabel 4 permeabilitas uap beberapa bahan No. Nama Bahan
A
g cm. jam.mmHg
1
Parafin
0,0007
2
Polistirin
3
Karet
4
Selulose triasetat
1
5
Cellophane
5
6
Kaca atau logam
0
0,03 0,03 s/d 0,08
e. Pengaruh Tropis Terdapat 2 macam daerah tropis yaitu daerah tropis yang basah dan daerah tropis yang kering. Didaerah tropis yang basah memungkinkan tumbuhnya jamur dan serangga dapat hidup dengan baik. Suhu yang cukup tinggi disertai kelmbaban yang terjadi dalam waktu lama dapat menyebabkan turunnya resistivitas isolasi, menambah permitivitas dan mengurangi kemampuan kelistrikan bahan. Pada penggunaan penggunaan bahan isolasi di daerah tropis tropis harus diperhatikan2 diperhatikan2 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 anti jamur, antara lain : paranitro paranitro phenol, pentha chloro phenol.
PUTU RUSDI ARIAWAN
15
f. Resistansi Radiasi Pemakaian bahan isolasi sering dipengaruhi bermacam-macam energy radiasi. Pengaruh ini dapat mengubah sifat bahan isolasi. Radiasi sinar matahari mempengaruhi umur bahan isolasi, khusunya khusunya jika bahan tersebut tersebut bersinggungan bersinggungan langsung dengan dengan oksigen. Sinar ultraviolet dapat merusak beberapa bahan organik yaitu menurunnya kekuatan mekanik, elastisita elastisitass dan retak – retak. retak. Sinar X, sinar – sinar dari reactor nuklir, misalnya misalnya : sinar sinar dan dan partikel partikel – pertikel pertikel radio isotop, mempunyai pengaruh sangat besar pada bahan isolasi. Bahan polimer organik akan menjadi lebih keras dan akan menjadi lebih tahan terhadap panas jika terkena sinar – sinar tersebut, misalnya : politetraflouroetilen. politetraflouroetilen. Kemampuan suatu bahan bahan isolasi untuk menahan pengaruh radiasi tanpa mengalami mengalami kerusakan disebut resistansi radiasi.
2.3.4 Sifat Sifat – Sifat Mekanis Mekanis
Kekuatan mekanis bahan-bahan listrik maupun logam adalah kemampuan menahan beban dari dalam atau luar, pada prakteknya adalah beban tarik dan geser. Jika suatu bahan dengan penampang A cm 2 ditarik dengan suatu gaya tarik yang bertambah secara perlahan, maka bahan tersebut akan putus pada gaya tarik tertentu sebesar Pt kg.
Dalam hal ini stres atau tegangan tarik bahan t adalah seperti ditunjukkan pada persamaan berikut : t=
Pt S
Penambahan panjang bahan sebelum putus 1 dibagi dengan panjang mula-mula 1 disebut penambahan panjang relatif bahan baha n atau strain adalah : =
1
l
x 100%
Setelah Setelah titik titik Y penambahan panjang panjang tanpa tanpa memerlukan memerlukan penambahan penambahan gaya atau mungkin mungkin hanya kecil kecil saja. Gejala Gejala ini terjadi terjadi sekitar sekitar 5 hingga 7 % dari panjang mula-mula mula-mula 1. Titik Y disebut titik lumer (yield point) suatu bahan, sedangkan tegangan yang menjadikan bahan lumer lumer disebut tegangan tegangan lumer (yield (yield stress) stress) yang besarnya besarnya adalah : y=
PUTU RUSDI ARIAWAN
Py S
16
Py : adalah gaya yang menyebabkan bahan menyerah (kg) S : adalah luas penampang mula-mula mula-mula (m2)
1. Pengujian derajat kekerasan
Pengujian
derajat
kekerasan
dapat
dilakukan
dengan
penggoresan
atau
penumbuhan dengan benda lancip terhadap bahan yang dapat mengalami deformasi plastis yaitu yaitu logam dan
plastik. Derajat kekerasan suatu suatu bahan perlu diperhatikan
terutama untuk gawai yang bergesekan seperti : mata bor, komutator, 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 terlunak dengan nilai nilai 1 Sedangkan Sedangkan untuk mengukur mengukur derajat derajat kekerasan kekerasan berdasarkan berdasarkan tumbukan digunakan metode-metode : Brinell, Rockwell dan Vickres. Pada cara pengujian dengan metode Brinell, sebuah bola baja dengan diameter 10 mm dan sudah diperkeras, ditekankan ke permukaan bahan yang diuji dengan beban statis sehingga menimbulkan lekukan pada permukaan bahan yang diuji. Derajat kekerasan dapat dihitung dengan persamaan : kekerasan =
gaya yang diberikan ( kg ) Luas bidang lekukan ( mm 2 )
Derajat kekerasannya dinyatakan dengan satuan Brinell (HG). Pada pengujian derajat
kekerasan metode Vickres menggunakan intan yang berbentuk piramid.
Pengujian dengan cara ini lebih menguntungkan dibanding dengan metode Brinell, karena pada intan tidak akan terjadi deformasi plastik. Untuk menentukan derajat kekerasannya digunakan persamaan di atas. Yang membedakan di sini, lekukannya tidak berbentuk bidang bola. Pada pengujian dengan metode Vickres satuannya adalah Vickres (HD). Pada pengujian kekerasan dengan metode Rockwell hasil pengujiannya dapat langsung langsung terbaca terbaca pada alat pengujian. pengujian. Sehingga Sehingga pengujian pengujian dengan dengan metode metode ini lebih lebih mudah dan cepat. Mata penumbuk yang digunakan adalah intan berbentuk kerucut untuk bahan yang keras atau bola baja jika bahan yang diuji lunak.
PUTU RUSDI ARIAWAN
17
BAB III PENUTUP
3.1 Simpulan
Adapun simpulan yang didapat dari hasil pembahasan diatas adalah sebagai berikut : 1.
Bahan isolasi isolasi merupakan merupakan alat alat yang digunakan digunakan untuk untuk memisahkan memisahkan bagian-bagian bagian-bagian yang bertegangan atau bagian-bagian yang aktif. Bahan isolasi merupakan suatu peralatan yang digunakan sebagai pembatas dan pengaman pada peralatan listrik yang mempunyai kekuatan listrik yang cukup untuk menjamin sistem keselamatan yang diperlukan pada saat peralatan listrik tersebut beroperasi maupun tidak beroperasi.
2.
Adapun Adapun sifa sifat-s t-sifa ifatt dari dari bahan bahan isola isolasi si ters tersebut ebut adalah adalah : a) Sifat kelistrikan kelistrikan yang meliputi : resistivitas, resistivitas, permitivitas, permitivitas, sudut kerugian kerugian dielektrik b) Sifat terhadap panas c) Sifat Sifat fisis fisis dan kimia kimia d) Sifat Sifat mekanis mekanis
3.
Ada 3 jeni jeniss bahan bahan isola isolasi si list listrik rik yaitu yaitu : bahan bahan gas, gas, bahan bahan cair, cair, dan bahan bahan padat. padat.
3.2 Saran
Bahan isolasi merupakan bahan listrik yang sering digunakan dan berguna bagi masyarakat. Yang perlu kita lakukan sebagai generasi muda adalah meningkatkan pengetahuan kita mengenai bahan isolasi baik yang terbuat dari gas, cair, maupun padat. Dan diperlukan juga pengembangan dan riset yang lebih lanjut mengenai bahan isolasi supaya ditemukan lagi bahan isolasi yang lebih bagus dan efektif.
PUTU RUSDI ARIAWAN
18
DAFTAR PUSTAKA
Muhaimin. 1993. Bahan-Bahan Listrik Untuk Politeknik . Jakarta Jakarta : PT Pradny Pradnyaa Paramita. 2007. Energi. Diaks Diakses es dar darii http://w http://www.e ww.elektr lektroind oindones onesia.co ia.com. m. Tanggal Tanggal 11 Juli 2007, 09:34. John Vernon, 1979, Introduction to Engineering Materiual , English Leanguage Book, Book, Society Society & Mac Millan, Lond London on Herman Polack, 1981, Material Science and Metalurgy, 3rd Edition, Reston Publishing Company, Virginia.
PUTU RUSDI ARIAWAN
BIODATA PENULIS
Nama
: Putu Rusdi Ariawan
TTL
: Denpasar. 19 April 1990
Agama
: Hindu
Mahasiswa Teknik Elektro Unv. Udayana Email :
[email protected] www.facebook.com/turusdi
PUTU RUSDI ARIAWAN
