BAB 1

BAHAN ISOLASI

Bahan isolasi digunakan untuk memisahkan bagian-bagian yang bertegangan atau bagian-bagian yang aktif. Untuk itu sifat kelistrikannya memegang peran yang sangat penting. Namun demikian sifat mekanis, sifat termal, ketahanan terhadap bahan kimia serta sifat-sifat lainnya perlu juga diperhatikan.

1.1 Sifat Kelistrikan

Terdapat 3 hal pokok yang dibahas didalam sub-bab ini yaitu resistivitas, permitivitas dan sudut kerugia dielektrik. Dari 3 hal tersebut akan memberikan gambaran sifat kelistrikan suatu bahan isolasi disampng sifat-sifat yang lain.

1.1.1 Resistivitas

Sesuai dengan fungsinya, bahan isolasi yang baik adalah bahan isolasi yang resistivitasnya besar tak terhingga. Tetapi pada kenyataannya bahan yang demikian itu belum bisa diperoleh.sampai saat ini semua bahan isolasi pada teknik listrik masih mengalirkan arus listrik (walupun kecil) yang lazim disebut arus bocor.hal ini menunjukkan bahwa resistansi bahan isolasi bukan tidak terbatas besarnya. Besar resisitansi bahan isolasi sesuai dengan hukum ohm :

Ri = V / Ib ........................................................... ( 1-1 )

Ri - resistansi isolasi ( ohm ) V - Tegangan yang digunakan ( volt ) Ib - arus bocor ( ampere )

Kalau diperhatikan lebih jauh, terdapat 2 macam resistansi yaitu resisitansi volume ( Rv ) dan resistansi permukaan (Rp ). Resistansi volume mengakibatkan mengalirnya arus bocor Iv , sedangkan resistansi permukaan menyebabkan mengalirnya arus bocor Ip, seperti ditunujukkan pada Gb 1-1

Ip Ip

Ib

Gb. 1-1 Arus bocor iv dan ip pada bahan isolasi

2

{ v }

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

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

dan 1/ Ri = 1/ Rv + 1/Rp .................................................... ( 1-3 )

Ri = Rv . Rp / Rv + Rp ................................................. ( 1-4 )

Resistivitas volume pada umunya disebut resistivitas saja.

Besarnya resistivitas volume adalah

Rv = ρv . l / S .............................................................. ( 1-5 )

ρv - adalah resistivitas volume dengan (ohm-meter)l - adalah panjang bagian yang dilwati arus (m)S - adalah luas penampang (m2)

besarnya resistivitas permukaan diantara 2 bidang selebar b pada jarak a adalah :

Rp = ρs . a / b ................................................................( 1-6 )

Ρs - adalah resistivitas permukaan dengan satuan ohm.

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

(a) (b)

Gb. 1-2 Ilustrasi perhitungan resistansia. Peerhitugan resistansi volumeb. Perhitungan resistansi permukaan

3

S

Beberapa hal yang harus diperhatikan shubungan dengan resistivitas adalah :

- Baik resistivitas volume maupun resistivitas permukaan akan berkurang besarnya jika suhu dinaikkan. Banyak bahan yang mempunyai ρv dan ρρ yang besar pada suhu kamar, tetapi drastis pada suhu 100 o C.

- Untuk bahan isolasi yang higroskopitas, didaerah – daerah yang lembab resistivitasnya akan turun secara mencolok.

- Resistivitasnya akan turun jika tegangan yang diberikan naik

Dari 3 hal tersebut diatas, maka pada pemakaian sehai-hari dalam pemakaian bahan isolasi misalnya untuk daerah kerja yang suhunya tinggi atau lembab, harus dipilh bahan yang sesuai baik bahan maupun tegangan kerjanya.

1.1.2 Permitivitas

Setiap bahan isolasi mempunyai permitivitas. Hal ini penting bagi bahan-bahan yang digunakan sebagai dielektrik kapasitor. Kapasitansi suatu kapasitor tergantung beberapa faktor yaitu luas penampang, jarak antara keping-keping kapasitor serta dielektriknya.besarnya kapasitansi C (farad) dapat dihitung dengan:

C = 10-9 . Ԑ . S / 36 . π. h ............................................................... (1-7)

Ԑ adalah permitivitas bahan dielektrikh adalah jarak keping-keping kapasitors adalah luas permukaan keping-keping kapasitor

Besarnya permitivitas udaara hampir 1 yaitu 1,000589, sedangkan besarnya permitivitas untuk zat padat dan zat car selalu lebih besar dari

1.1.3 Sudut krugian dielektrik

Pada saat bahan isolasi diberi tegangan bolak-balik, maka terdapat energi yang diserap oleh bahan tersebut. Akibatnya terdapat faktor kapasitif hubungan vektoris antara tegangan dengan arus pada bahan isolasi adala seperti ditunjukkan pada Gb. 1-3

4

Besarnya kerugian yang diserap bahan isolasi adala berbanding lurus dengan tegangan V volt, frukensi f heartz, kapasitansi C farad dan sudut kerugian dielektrik tan Ә, seperti ditunjukkan pada persamaan 1-8

Ic -----------------------

Gb. 1-3 Ic = f ( Ir )

Ir

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

Sehingga

Tan Ә = P / V2 . 2π . f . C ..................................................................(1-9)

Dari persamaan 1-9 terlihat bahwa makin besar tegangan , frekuensi dan kapasitansi untuk kerugian yang sama, makin kecil harga tan Ә atau makin kecil sudut antara arus kapasitif Ic dngan arus total I dan makin besar sudut antara arus resisitif Ir dengan arus total I.

1.2 Sifat terhadap panas

Pada penghantar yang dilewati arus listrik selalu terjadi kerugian daya. Kerugian daya ini selanutnya didesipasikan dalam bentuk energi panas. Untuk itu perlu diketahui pengaruh panas terhadap bahan-bahan isolasi karena panas dapat mempengaruhi bahan isolasi dalam hal : sifat kelistrikan, kekuatan mekanis, kekerasan, viskositas, ketahuan 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 resistance).

Klasifikasi bahan isolasi menurut IEC ( International Electrotechnical commisssion ) didasarkan atas batas suhu kerja bahan ditunjukan pada tabel 1-1

5

Tabel : 1-1

Klasifikasi bahan isolasi

KELAS BAHAN SUHU KERJA MAKS

Y Katun, sutera alam, wolsintesis, rayon, serat poliamid, kertas, prespan, kayu, poliakrilat, polietelin, polivinil, karet 90o

A Bahan kelas Y yang diimpregnasi dengan vernis, aspal, minyak trafo. Email yang dicampur dengan vernis dan poliamid

105o

E Email kawat yang terbuat dari : polivinil formal, poli urethan dan damar, bubuk plastik, bahan selulosa pengisi pertinaks, tekstolit, triasetat, polietilen teretalat.

120o

B Bahan anorganik (mika, fiberglas, asbes) bitumen, bakelit, poli monochio tri fluor etilen, poli etilen tereftalat, poli karbonat, sirlak

130O

F Bahan-bahan anorganik yang diimpregnasi atau direkat dengan epksi, poliurethan, atau vernis dengan ketahanan panas yang tinggi

155O

H Mika, fiberglas dan ases yang diimpregnasi dengan silikon tanpa campuran bahan berserat, karet silikon, email kawat poliamid murni.

180O

C Bahan-bahan anorganik tanpa diimpregnasi atau diikat dengan substansi organik yaitu: mika, mikanit tahan panas, mikaleks, gelas, keramik, teflon (politetra flouroetilen) adalah satu-satunya substansi organik.

Di atas 180O

1.3 Ketahanan terhadap suhu rendah

Ketahanan terhadap suhu rendah ialah kemampuan bahan isolasi untuk digunakan pada suhu rendah dalam hal ini -60o dan -70o C.Hal ini perlu diperhitungkan bagi bahan isolasi yang dgunakan utnuk penghantar pada pesawat terbang, pegunungan , dan sebagainya.

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

6

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kami panjatkan kehadirat ALLAH SWT yang telah memberikan kemampuan kepada penulis untuk menyelesaikan makalah ini.

Penulisan makalah ini didorong oleh keinginan penulis untuk memudahkan laporan kami setelah persentasi

Secara umum, makalah ini berisi materi pokok pelajaran bahan – bahan listrik, tentang bahan isolasi yang dibuat secara singkat dan menyeluruh.

Kami berharap makalah ini bermanfaat bagi semua dan Akhirnya ucapan terima kasih kepada bapak Nofiansyah , S.T , M.T yang telah menyetujui pembuatan makalah ini.

Palembang, september 2015

Penyusun

1

1.4 Konduktivitas panas

Panas yang didesiapasikan oleh penghantar atau rangkaian magnetik pada mesin listrik melalui bahan isolasi yang diteruskan ke udara sekelilingnya. Kenaikan suhu pada penghantar dipengaruhi pula oleh resistansi panas dari bahan isolasi.

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

P = t / Rp ........................................................................... (1-10)P Adalah panas yang lewat melalui bahan isolasi setiap detik dalam (W)t adalah beda suhu antara bagian yang panas dgn bagian yang dingin (C)Rp adalah resistansi panas dalam satuan derajat per watt

Untuk menghitung besarnya resistansi panas (Rp) digunakan rumus :

Rp = ρρ h/s ............................................................................ ( 1-11)Ρρ adalah resistivitas panas (o/W atau ohm)h adalah jarak antara bagian yang panas dan dingin (m)s adalah penampang (m2)

Besarnya konduktivitas panas (τp) adalah :

τp = 1 / ρρ ............................................................................ (1-12)

Bahan-bahan tersebut di udara mempunyai ρρ yang tinggi dan ρρ tersebut akan turun bila

bahan diimpregnasi atau bila bahan menjadi lembab.

7

Tabel : 1-2Konduktivitas panas beberapa bahan

NO NAMA BAHAN KONDUKTIVITAS PANAS (W/o.m)

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

2 Aspal 7 . 10-6

3 Kertas 10-5

4 Kain yang divernis 13 . 10-6

5 Pertinaks 35 . 10-6

6 Kuarsa 12,5 . 10-5

7 Porselin 16 . 10-5

8 Steatit 22 . 10-5

9 Titanium dioksid 65 . 10-5

10 Silikon dioksid 12,5 . 10-4

11 Grafit 18,2 . 10-4

12 Karborundum 20,5 . 10-4

13 Alumina 3 . 10-3

14 Magnesium 3,6 . 10-3

15 Besi 6,8 . 10-3

16 Berilium 2,18 . 10-2

17 Aluminium 2,26 . 10-2

18 Tembaga 3,9 . 10-2

8

1.5 Sifat fisis dan kimia

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

1.5.1 Sifat kemampuan larut

Sifat ini adalah sifat yang diperlukan ketika menentukan macam bahan pelarut untuk suatu bahan , misalnya : vernis, plastik, dan sebagainya.juga ketika menguji bahan isolasi atas kemampuannya tetap tahan didalam 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 lebi besar jika suhunya bahan pelarut komposisi kimianya sama dengan bahan yang dilarutkan. Contohnya : hidro karbon ( parafit,karet alam) dilarutkan dengan cairan hidro karbon atau phenol formaldehida.

1.5.2 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 didaerah yang konsentrasi kimianya aktif, suhu diatas normal. Karena kecepatan korosi dipengaruhh pula oleh kenaikan suhu. Bahan isolasi yang digunakan pada instalasi tegangan tinggi harus mampu menahan ozon karna, ozn dapat menyebabkan isoalsi berubah menjadu regas. Pada prakteknya bahan isolasi anorganik mempunyai ketahanan terhadap ozon yang baik.

1.5.3 Higrokopitas

Beberapa bahan isolasi ternyata mempuyai sifat hiigrokopisitas, yaitu sifat menyerap air disekelilingnya. Uap air ternyata dapat 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 senyawa P2O5 atau CaCl2. Bahan dielektriknya yang molekulnya berisi kelompok hidroksil ( OH ), higrokopisitas relatif besar, sedangkan bahan dielektrik seperti : parafin, poletilen dan politetra fluoro adalah bahan bahan nonhigrokopisitas.

1.5.4 Permeabilitas uap

Kemampuan bahan isolasi untuk dilewati uap disebut permeabilitas uap bahan tesebut 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 :

9

M = A . h . 102 / S . t . P .................................................................... (1-13)

Persamaan 1-13 tersebut analog dengan persamaan 1-1

A adalah permeabilitas uap yang disebut juga konstanta difusi g adalah permeabilitas uap air dengan satuan (g / cm.jam.mmhg)

Tabel : 1-3

Permeabilitas uap beberapa bahan

NO NAMA BAHAN G A

CM.JAM,MMHG

1 PARAFIN 0,0007

2 POLISTRIN 0,03

3 KARET 0,03 S/D 0,08

4 SELULOSE TRIASETAT 1

5 CELLOPHANE 5

6 KACA ATAU LOGAM 0

1.5.5 Pengaruh tropis

Terdapat 2 macam daerah tropis yaitu basah dan kering.di daerah tropis basah memungkinkan tumbuhnya jamur dan serangga dapat hidup dengan baik. Suhu yang cukup tinggi disertai kelembaban yang terjadi dalam waktu lama dapat menyebabkan turunya resistivitas isolasi, menambah besarnya sudut rugi dielektrik, menambah panjang permitivitas dan mengurangi kemampuaan kelistrikan bahan.pada pengggunaan bahan isolasi didaerah 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, anatara lain : paranitro phenol, pentha phenol, pentha chloro phenol.

10

1.5.6 Resistansi radiasi

Pemakaian bahan isolasi sering dipengaruhi macam-macam energi radiasi.pengaruh ini dapat mengubah sifat bahan isolasi. Radiasi sinar matahari mempengaruhi umur bahan isolasi, khususnya jika bahan tersebut bersinggungan langsung dengan oksigen. Sinar ultra violet dapat merusak beberapa bahan organik yaitu menurunnya kekuatan mekanik, elastisitas dan retak-retak. Sinar X, sinar-sinar dari reaktor nuklir misalnya : sinar alfa, beta dan gama dan partikel-partikel 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 : 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 adalahh 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 sebelum tarik beban σt adalah seperti ditunjukan pada persamaan 1-14.

σt = Pt / S ............................................................ (1-14)

penambahan panjang bahan sebelum putus, dibagi dengan panjang mula-mula l disebut penambahan panjang relatif bahan atau strain Ԑ adalah :

Ԑ = Δl / l x 100% ....................................................

Untuk besi tempa dan sejumlah baja tertentu tarikan dan pemanjangannya memperlihatkan kurva diskontinuitas, seperti ditunjukkan pada Gb. 1-5

στ U Gb. 1-5 kurva στ = f (Ԑ) pada baja lunak

Y

11

Setelah titik Y pertmbahan panjang tanpa memerlukan penambahan gaya atau mungkin hanya kecil saja. Gejala ini terjadi sekitar 5 hingga 7% dari panjang mula-mula l.titik Y disebut titik lumer suatu bahan, sedangkan tegnagan yang menjadikan bahan lumer disebut tegangan yang besarnya adalah :

.σt = Py / S ................................................. (1-15)

Py adalah gaya yang menyebabkan bahan menyerah (kg)S adalah luas penampnag mula-mula

1.6.1 Pengujian derajat kekerasan

Pengujian derajat kekerasan dapat dilakukan dengan penggoresan atau penumbukkan dengan benda lancip terhadap bahan yang dapat mengalami deformasi plastis yaitu logam dan plastik.derajat kekerasan suatu bahan perlu diperhatikan terutama untuk gawai yang pengujian derajat kekerasan seperti : mata borm berkomutator dan bantalan.pengujian derajat kekerasan untuk keramik dilakukan dengan pengoresan. Satuan derajat kekerasan bahan dengan penggiresan adalah MOH dengan intan sebagai bahan terkeras nilainya 10 dan kapur sebagai yang terlunak dengan nilai 1. Sedangkan unutk metode metode : brinell, rockwell dan vickers.pada cara penguian dengan metode brinell, sebuah kota baja dengan diameter 10 mm dan sudah diperkakas, ditekankan kepermukaan bahan yang diuji dengan bahan.

kekerasan = Gaya yang diberikan (kg)

Luas bidang lekukan (mm2)

Derajat Kekerasannya dinyatakan dengan suatu brinell (Hg)pada pengujian derajat kekerasan bahan-bahan metodi vikress menggunkan intan yang

berbentuk piramid. Pengujian dengan cara ini lebih menguntungkan dibanding dengan metode brinell, karena pada intan tidak akan terjadi deformasi plastis. Untuk menentukan derajat kekerasannya digunakan pers 1-16 yang membedakan disini,lekukannya tidak berbentuk bidang bola. Pada pengujian dengan metode vickres satuannya adalah vickres (Hd)pada penguijian kekerasan dengan metode rockwell hasil pengujiannya dapat langsung terbaca pada alat pengujian. Sehingga pengujian dengan metode ini lebih mudah dan cepat. Mata penumbuk yang digunakan adalah intan berbentuk kerucut untuk bahan yang keras/bola baja jika bahan yang diuji lunak.

12

KELOMPOK 1 : RIZKY RAMADHAN MARLAMSYA

TRI WAHYU SAPUTRA

KELAS : 1 LISTRIK B

DOSEN PEMBIMBING : NOFIANSYAH, S.T , M.T

BERITA ACARA

POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA

PALEMBANG 2015

BAHAN ISOLASI

( BAHAN-BAHAN LISTRIK)

perlaksanaan persentasi :

1. Tanggal : 22 September 20152. Peserta : Diikuti oleh 24 mahasiswa3. Tempat : Ruang kelas 1 Lb

Beberapa pertanyaan dari hasil persentasi:

1. Nama : Dinda lestari Pertanyaannya : Mengapa didalam rumus konduktivitas panas, panas yang lewat

dalam bahan isolasi (P) itu, berbanding terbalik dengan nilai resistansi panas (ρρ) tersebut?

Jawaban : karna, rumus konduktivitas panas ini sama seperti hukum ohm, yang sudah dijelaskan bahwa” arus yang mengalir/melewati suatu penghantar selalu berbanding terbalik dengan nilai resistant dari hambatan tersebut, jadi panas yang lewat didalam isolasi tersebut sama seperti arus yang mengalir yang selalu berbanding terbalk dengan nilai resistantnya.

2. Nama : Arie maulana Ajiepertanyaannya : Mengapa pada kabel setrika sering terlilit setelah dipakai,itu

Karna apa? Apakah karna bahan isolasi nya?

Jawaban : penyebab utama terjadinya masalah itu biasanya karna pengaruh panas serta bahan isolasi yang kurang bagus. Maka apabila sudah menggunakan setrika hendaknya jangan langsung dililit.

3. Nama : Iqrima dwi kartika Pertanyaannya : Apa contoh bahan higrokopisitas ? Jawaban : contoh bahan higrokopisitas itu adalah kertas. Oleh karna itu,

bahan ini jangan didekatkan dengan air. Karna apabila kertasini sudah menyerap air dan dialiri arus listrik, maka kertas ini akan menjadi konduktor

13DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR 1

BAB 1 BAHAN ISOLASI

- SIFAT KELISTRIKAN 2

- SIFAT FISIS DAN KIMIA 9

- SIFAT-SIFAT MEKANIS 11

BERITA ACARA

- PELAKSANAAN 13

- HASIL DISKUSI 13