ISOLATOR

BAHAN ISOLATORMuhammad Fahmi Hakim, S.T., M.T.Pendahuluan

Pendahuluan

Pita Valensi & Pita Konduksi??Tambahi dari modul RL Sung3Pendahuluan

4Pengertian IsolatorBahan yang dapat menahan arus listrik atau mengisolasi tegangan listrikDinyatakan sebagai tahanan Satuannya adalah (ohm)Sifat Elektris BAHAN IsolatorResistivitasResistivitas:kemampuan suatu bahan untuk menahan arus listrik, yang bergantung terhadap besarnya medan listrik dan kerapatan arusSemakin besar resistivitas suatu bahan maka semakin besar pula medan listrik yang dibutuhkan untuk menimbulkan sebuah kerapatan arusResistivitas berpengaruh terhadap besar tahanan (ohm) suatu bahan isolator

Lambang resistivitas??? Satuan??? .m.Kerapatan arus??R = tahanan bahan isolator (ohm)t = ketebalan bahan isolator (cm)A = luasan area permukaan dari bahan isolator (cm2) = Resistivitas volume (ohm cm)7

Arus BocorKemungkinan jalanya arus bocor dapat melalui bahan isolator dan melalui permukaan isolatorTahanan isolator dapat disebabkan oleh tahanan volume Rv (volume resistance) dan dapat disebabkan oleh tahanan permukaan Rs (surface resistance)Rv tergantung dari bahan isolator sedangkan Rs tergantung pada lapisan luar konduktor serta keadaan di sekeliling isolator penghantar

Ii = Is + Iv

Pada kenyataannya, bahan isolator memiliki arus bocor yang besarnya ditentukan oleh material isolator itu Ii= Arus bocor(ampere) Ri = tahanan isolator (Ohm)V= tegangan kerja (Volt)

Ii = arus bocorIs = arus permukaan Iv = arus yang mengalir melewati bahan isolator9

Nilai resistansi suatu bahan isolator juga ditentukan oleh kondisi fisis seperti suhu dan kelembaban. Kebalikan pada bahan konduktor, bahan isolator akan memeiliki nilai resistansi yang semakin rendah apabila suhu bahan semakin tinggi, sesuai dengan grafik pada gambar 1.4. Sedangkan Adanya unsur air dapat meningkatkan konsentrasi dan mobilitas ion dari bahan isolator sehingga akan menurunkan nilai resistansi bahan tersebut, sesuai dengan persamaan 1.5. = mobilitas ione = muatan ionc = konsentrasi ion10Kekuatan Dielektrik (Dielectric Strength)Gradien tegangan maksimum yang mampu ditahan oleh bahan tanpa merusak sifat isolatif bahan tersebutTegangan breakdown:batas tegangan maksimum ketika loncatan bunga api mulai terjadi

Secara praktek, kekuatan dielektrik seringkali diistilahkan dengan tegangan breakdown bahanKekuatan dielektrik mempunyai satuan kV (kilo volt)Ada dua buah elektrode yang masing-masing terpisah dengan jarak 1 cm. Dan kedua elektrode tersebut berada dalam udara bebas. Sedangkan dari penelitian para ahli diketahui bahwa, tegangan breakdown (tegangan tembus) udara bebas adalah 30 KV/cm. Kemudian kedua elektroda tersebut dihubungkan dengan sumber tegangan sebesar 30 KV. Maka yang terjadi adalah pada kedua elektroda tersebut akan terjadi loncatan elektron (loncatan bunga api) atau dengan kata lain terdapat aliran arus listrik yang mengalir pada kedua elektroda tersebut.11Permitivitas (permitivity)Permitivitas:seberapa besar suatu medium bisa menerima (permit) pengaruh medan listrik luar (elektrisasi)

C = Kapasitansi (farad) A = luas penampang (cm2) d = jarak antara tepi dengan tepi / tebal dielektrik (cm) = permitivitas listrik = 8,85 x 10-12 x kk adalah konstanta dielektrik yang besarnya sangat dipengaruhi oleh temperatur, frekuensi dan kondisi-kondisi yang lain. Besar k untuk kondisi vacuum adalah 1, 2 8 untuk bahan isolasi padat, 91 untuk air murni (pure water) dan 1000 10000 untuk titanate ceramics.12Sudut Kerugian Dielektrik (Dielectric Loss angle)Bahan isolator yang diberi tegangan bolak-balik, akan mengambil energi dalam bentuk panas.Adapun energi yang diambil tersebut dalam satuan waktu disebut kerugian dielektrik.

P = V2.2f.C.tan (watt)

Sedangkan bila tak terdapat kerugian dielektrik, maka pergeseran fasa antara tegangan dan arus yang melalui isolator adalah tepat 900 . Akan tetapi kerugian dielektrik dari semua bahan isolator tak dapat dihindari, sehingga pergeseran sudut fasa antara tegangan dan arus tidak tepat 900 , tetapi kurang dari harga tersebut.

13Sifat Mekanis

Apabila suatu bahan berpenampang A ditarik dengan gaya F, maka stress atau tegangan tarik bahanJika panjang bahan l dan pertambahan panjangnya l, maka regangan tarik (strain) dinyatakan dengan14Sifat KimiaResistansi KimiaBahan isolator mempunyai ketahanan berbeda terhadap korosi karena garam, asam, alkali, gas dan fungous (jamur).Kecepatan korosi dipengaruhi kenaikan suhuPada tegangan tinggi, bahan isolator harus mampu menahan terjadinya ozon, karena ozon dapat menyebabkan isolator berubah menjadi regasDalam praktek bahan isolator anorganik mempunyai ketahanan terhadap ozon yang baikBahan isolator anorganik??16Sifat Kemampuan LarutKemampuan larut bahan padat dapat dievaluasi berdasarkan banyaknya bagian permukaan bahan yang larut setiap satuan waktuKemampuan larut akan semakin besar jika suhu dinaikkanPada umumnya komposisi bahan pelarut dan yang dilarutkan sama, misalnya: hidrokarbon (parafin, karet alam) dilarutkan dalam cairan hidrokarbon atau phenol formaldehidaHigroskopisitasUap air dapat menyebabkan perubahan mekanik fisik (physico-mechanical) dan memperkecil daya isolatorAgar tidak terjadi penyerapan air oleh bahan isolator, maka selama penyimpanan diberi senyawa P2O5 atau CaCl2Bahan dielektrik yang molekulnya berisi kelompok hidroksil (OH), higroskopisnya relatif besarUntuk bahan dielektrik yang nonhigroskopis, misalnya parafin, polyethylindan polyethetra ethylinP2O5 atau CaCl2 ???18Resistansi RadiasiResistansi radiasi:kemampuan bahan isolator untuk menahan pengaruh radiasi tanpa mengalami kerusakan Pengaruh radiasi matahari mempengaruhi umur bahan isolator, karena sinar ultraviolet dapat merusak bahan organik yaitu: menurunkan kekuatan mekanik, elastisitas dan retak-retakSinar X dan sinar radioaktif dari radioisotop memiliki pengaruh besar terhadap bahan isolatorPengaruh TropisDi daerah tropis basah memungkinkan tumbuhnya jamur dan seranggaDengan demikian bahan isolator sebaiknya dilapisi dengan bahan anti jamur, antara lain; paranitro phenol, pentha chloro phenolSuhu tinggi disertai kelembaban menyebabkan:turunnya resitivitas isolator, menambah sudut rugi dielektrik, menambah permitivitas dan mengurangi kemampuan kelistrikan bahanSifat PanasKemampuan bahan menahan panas tanpa terjadi kerusakan disebut ketahanan panas (heat resistance)21Klasifikasi Bahan IsolatorKelasBahanSuhu kerja maks. oCYBahan berserat organik : katun,sutera alam, kertas, karbon,wolsintetis, rayon, poliamid, karet, poliakrit, polivinil, poliethylin, prespan.90ABahan kelas Y diimpregnasi dengan vernis, aspal, minyak trafo. 105EEmail kawat yang terbuat dari: polyvinyformal, poly urebthane dan damar epoxy, bahan pengisi celulose, pertinaks dan tekstolit, film triacetat, film dan serat poly ethylene tereptithithalete.120Klasifikasi Bahan IsolatorKelasBahanSuhu kerja maks. oCFBahan-bahan anorganik yang diimpregnasi atau direkat dengan epoksi, poliurethan, atau vernis dengan ketahanan panas yang tinggi.155HMika, fiberglas dan asbes yang diimpregnasi dengan silikon tanpa campuran bahan berserat, karet silikon, email kawat poliamid murni.180CBahan-bahan anorganik tanpa diimpregnasi atau diikat dengan substansi organik yaitu : mika, mikanit tahan panas , mikaleks, gelas, keramik, teflon, (politetra fluoroetilen) adalah satu-satunya substansi organik Di atas 180Konduktivitas PanasKenaikan suhu pada penghantar dipengaruhi resistansi panas dari bahan isolator

Rp = Resistansi panas (ohm-m)P = Panas yang lewat setiap detik.(watt)T = Beda suhu (oC)

h = Jarak antara bagian panas dan dingin(m)A = Luas penampang (m2)= Resistivitas panas(ohm.m/ W)

24Tabel Konduktivitas PanasNoNama BahanKonduktivitas Panas (W/.m)1.Udara5 . 10-62.Aspal7 . 10-63.Kertas10-64.Kain yang divernis13 . 10-65.Pertinaks 35 . 10-66.Kuarsa 12,5.10-57.Porselin 16 . 10-58. Steatit22 . 10-59.Titanum dioksid 65 . 10-510.Silikon dioksid12,5. 10-411.Grafit 18,2 . 10-412.Karborundum 20,5 . 10-413.Alumina 3.10-314.Magnesium 3,6.10-315.Besi6,8.10-316.Berilium 2,18.10-217.Alumunium2,26.10-218.Tembaga3,9.10-2