Bahan Isolator Padat

      A.  Pegertian Isolator

Isolator listrik adalah bahan yang tidak bisa atau sulit melakukan perpindahan muatan listrik. Dalam bahan isolator valensi elektronnya terikat kuat pada atom-atomnya. Bahan-bahan ini dipergunakan dalam alat-alat elektronika sebagai isolator, atau penghambat mengalirnya arus listrik. Isolator berguna pula sebagai penopang beban atau pemisah antara konduktor tanpa membuat adanya arus mengalir ke luar atau atara konduktor.

 B. Bahan-bahan Isolator

Bahan - bahan yang bersifat isolator ialah bahan - bahan yang bersipat menghambat arus listrik bila dihubungkan dengan sumber tegangan. Bahan isolator terbagi atas bahan isolator yang cair, gas dan padat.  Contoh macam-macam bahan isolator antara lain sebagai berikut :

·         Bahan isolasi cair merupakan salah satu bahan listrik yang sering digunakan oleh masyarakat. Yang perlu dilakukan oleh pemerintah dan masyarakat mulai sekarang ini adalah meningkatkan pengetahuan mengenai bahan isolasi cair dan melestarikan bahan-bahan anorganik maupun organik sebagai bahan dasar pembuat bahan isolasi cair contohnya adalah minyak transformator dll.

·         Bahan isolator gas adalah bahan penyekat yang berbentuk gas yang mana contohnya adalah udara, hydrogen dll.

·         Bahan isolator padat adalah bahan isolator yang di bentuk dari bahan yang padat, yang mana bahan tersebut tidak dapat menghantarkan arus listrik contoh, karet, kayu, kaca dll.

C.  Sifat-sifat bahan Isolator

1)      Sifat Kelistrikan isolator

Bahan penyekat mempunyai tahanan listrik yang besar. Penyekat listrik ditujukan untuk mencegah terjadinya kebocoran arus listrik antara kedua penghantar yang berbeda potensial atau untuk mencegah loncatan listrik ketanah. Kebocoran arus listrik harus dibatasi sekecil-kecilnya (tidak melampui batas yang telah ditentukan oleh peraturan yang berlaku).

            2). Sifat Mekanis isolator

Mengingat luasnya pemakaian bahan penyekat, maka dipertimbangkan kekuatan struktur bahannya. Dengan demikian, dapat dibatasi hal-hal penyebab kerusakan dikarenakan kesalahan pemakaiannya. Misal diperlukan bahan yang tahan tarikan, maka kita harus menggunakan bahan dari kain daripada kertas. Bahan kain lebih kuat terhadap tarikan daripada bahan kertas.

3). Sifat Termis isolator

Panas yang ditimbulkan dari dalam oleh arus listrik atau oleh arus gaya magnet, berpengaruh terhadap kekuatan bahan penyekat. Demikian panas yang berasal dari luar (alam sekitar). Dalam hal ini, kalau panas yang ditimbulkan cukup tinggi, maka penyekat yang digunakan harus tepat. Adanya panas juga harus dipertimbangkan, agar tidak merusak bahan penyekat yang digunakan.

 4). Sifat Kimia isolator

Panas yang tinggi yang diterima oleh bahan penyekat dapat mengakibatkan perubahan susunan bahan kimia . Demikian juga pengaruh adanya kelembaban udara, basah yang ada di sekitar bahan penyekat. Jika kelembaban tidak dapat dihindari, haruslah dipilih bahan penyekat yang tahan terhadap air. Demikian juga adanya zat-zat lain dapat merusak struktur kimia bahan. Mengingat adanya bermacam-macam asal, sifat dan ciri bahan penyekat, maka untuk memudahkan kita dalam memilih untuk aplikasi dalam kelistrikan, kita akan membagi bahan penyekat berdasar kelompoknya. Pembagian kelompok bahan penyekat adalah sebagai berikut:

                         a). Bahan tambang (batu pualam, asbes, mika, dan sebagainya)

  b). Bahan berserat (benang, kain, kertas, prespon, kayu, dan sebagainya)

  c). Gelas dan keramik

  d). Plastic

                          e). Karet, bakelit, ebonit, dan sebagainya

  f). Bahan yang dipadatkan.

Sesuai dengan penggunaanya bahan tahanan haruslah memiliki tahanan jenis yang tinggi, koefisien temperatur yang tinggi, dan memiliki daya elektro-motoris termo yang kecil. Pada penggunaan yang membutuhkan daya tahan panas tinggi, bahan tahanan harus dipilih yang memiliki titik cair yang tinggi, selain itu bahan tahanan. pada keadaan panas yang tinggi tidak mudah dioksidir sehingga menjadi berkarat.

D. Kenapa tidak dapat menghantarkan arus listrik ?

karena dalam bahan yang bersifat isolator seluruh lintasan elektronnya memiliki ikatan yang kuat dengan intinya atau dengan kata lain pada bahan isolator tidak mempunyai elektron bebas sehingga walau diberi tegangan listrik tidak akan membuat elektron - elektronnya bergerak.

E.  BAHAN ISOLATOR PADAT

Karet tahan terhadap keretakan, memiliki daya lengket yang tinggi terhadap bahan, Karet merupakan salah satu bahan teknik non-logam yang mana Indonesia sendiri menjadi salah satu produsen terbesar di dunia. Menurut bahan bakunya, karet dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu karet alam dan karet sintesis. Karet alam didapat dari bahan baku lateks, yaitu hasil penyadapan dari getah pohon karet, sedangkan karet sintesis merupakan karet buatan yang dibuat dari minyak bumi, batu bara, dan gas alam. Keduanya memiliki kelebihan masing-masing, kelebihan dari karet alam adalah sebagai berikut: memiliki daya elastisitas dan plastisitas yang baik, pengolahannya mudah, tidak  mudah ausserta tidak mudah panas.Karet alam biasanya digunakan untuk membuat ban pesawat terbang dan ban mobil balap. Sedangkan karet sintesis memiliki kelebihan sebagai berikut, ia tahan terhadap berbagai zat kimia, harganya cenderung stabil, serta pengirimannya jarang mengalami kesulitan. Jenis beberapa karet sintesis antara lain adalah sebagai berikut, IIR, NBR, EPR, CR

F. Pembagian bahan Isolator yang bersifat padat

1.  Bahan Tambang

Bahan tambang adalah bahan yang berasal dan terdapat dari penggalian dalam tanah dalam bentuk bijih (seperti besi, seng, bongkahan batu : pualam, batu tulis, dll.) yang harus diproses dahulu untuk mendapatkan bahan yang dikehendaki. Beberapa macam bahan tambang tersebut antara lain :

·         Batu pualam, yaitu batu kapur (CaCo3) atau dolomit merupakan bongkahan batu besar yang dipotong-potong menjadi lempengan tebal dengan ukuran tertentu.

·         Asbes, yaitu bahan berserat, tidak kuat dan mudah putus, dan sebenarnya kuat baik digunakan untuk isolator listrik..

·         Mika, yaitu mempunyai sifat-sifat teknis yang baik, sehingga banyak digunakan sebagai bahan isolator.

·          Mikanit, yaitu Mika yang telah mendapat perubahan bentuk maupun susunan bahannya sesuai kebutuhan. Tujuan melapis mika dan terkadang dengan tambahan kain, kertas atau pita adalah untuk memperoleh tebal yang dikehendaki agar dapat mempertinggi daya sekat listrik, dan untuk menanbah kekuatan mekanis agar tidak retak jika digulung atau dilipat.

·         Mikafolium, yaitu sejenis mikanit dan sebagai bahan menggunakan mika yang ditaburkan di atas lapisan kertas tipis dengan perekat pernis dan bahan sintetis lain. Mikafolium mudah dibengkokan dengan cara pemanasan, dan bahan ini digunakan sebagai isolator untuk pembungkus kawat atau batang lilitan pada mesin-mesin listrik tegangan tinggi.

·         Mikalek, yaitu dengan menggunakan gelas dan plastik sebagai bahan dasar, bubuk mika sebagai pengisi dan ditambah perekat pernis kemudian dicetak. Pengepresan cetakan membutuhkan suhu yang tinggi untuk dapat melunakan gelas, sehingga bahan ini mempunyai kekuatan mekanis yang tinggi.

·         Batu tulis, yaitu merupakan bahan isolator dengan bentuk berlapis -lapis dan mudah dibelah-belah dengan pahat atau martil. Batu tulis ini tidak dapat digosok halus seperti pualam, mempunyai mekanis kuat sebagai isolator, tetapi kurang menarik dan dapat menyerap air. Walaupun lebih tahan terhadap asam dan panas tetapi bahan ini sudah jarang dipakai.

·         Phlogopite, yaitu batu ambar mika yang mengandung kalium, silikat magnesium aluminium yang berasal dari kanada dan madagaskar. Sedangkan Muscivite adalah mika putih yang mengandung kalium, silikat aluminium yang merupakan salah satu bahan isolator terbaik karena lebih kuat, lebih keras, lebih fleksibel daripada Phlogopite dan juga tahan terhadap asam dan zat alkali.

2.      Bahan Berserat

Bahan dasar yang dipergunakan untuk bahan berserat berasal dari tiga macam, yaitu tumbuh-tumbuhan, binatang, dan bahan tiruan (sintetis). Sebenarnya bahan ini kurang baik sebagai bahan isolator listrik karena sifatnya sangat menyerap cairan, sedangkan cairan itu dapat merusak isolator yang menyebabkan daya sekatnya menurun. Tetapi karena faktor-faktor lain seperti : bahan berlimpah sehingga murah harganya; daya mekanisnya cukup kuat dan fleksibel; dan dengan disusun berlapis lapis dan dicampur dengan zat-zat tertentu untuk meningkatkan daya sekat, daya mekanis dan daya tahan panas, sehingga bahan berserat ini banyak dipakai sebagai isolator listrik.

Beberapa bahan yang termasuk bahan berserat, antara lain :

·         Benang

Benang merupakan hasil pemintalan pertama dari sebuah kapas yang berserat cukup panjang, setelah biji-bijinya yang menempel dipisahkan terlebih dahulu. Dari kumpulan benang ini dapat dibuat tali, pita, dan kain tenun, yang selanjutnya disebut dengan tekstil. Dalam bidang kelistrikan banyak digunakan sebagai isolator kawat. Pemakaian benang banyak dipakai untuk isolator kawat halus yang digunakan dalam pembuatan pesawat-pesawat cermat seperti pengukuran listrik. Sekarang banyak digunakan benang sintetis dari bahan plastik, gelas, dan sebagainya karena lebih kuat dan tahan panas.

·         Tekstil

Dengan menenun benang menjadi tekstil (pita dan kain dengan berbagai macam corak, ukuran dan kualitas) maksudnya adalah untuk memperoleh isolator yang lebih baik, yaitu pertama lebih kuat, dan kedua dalam beberapa hal mempermudah teknis pelaksanaan (membalut lilitan isolator kawat). Selain tekstil dari kapas, ada juga dari serat yumbuh-yumbuhan yang dikenal dengan nama lena (linnen). Bahan ini lebih kuat daripada kertas. Pada tekstil ini ada yang terbuat dari bahan tiruan (sintetis), dimana bahan ini digunakan dalam bidang kelistrikan sebagai isolator kawat-kawat lilitan mesin listrik, pengikat, dan sebagainya. Karena sifat tekstil ini dapat menyerap cairan, maka untuk memperbaiki daya sekatnya dilapisi atau dicelup ke dalam cairan lak isolator.

·         Kertas

Bahan dasar kertas adalah selulosa, dimana bahan ini adalah zat sel tumbuh-tumbuhan yang terdapat antara kulit dan batangnya. Selulosa ini berserat, fleksibel, lunak dan menyerap air, sedangkan bahan pembuat kertasnya diambil dari kayu, merang, rami, majun (sisa bahan tekstil), dan lain-lain. Kertas yang terlalu kering atau lembab, kekuatan isolatornya berkurang karena kertas sangat menyerap cairan, sehingga untuk mengatasinya kertas dilapisi lak isolator. Penggunaan kertas untuk isolator selain sebagai pembalut lilitan kawat dan kumparan, juga untuk isolator kabel dan kondensator kertas. Untuk memenuhi tebal yang diharapkan kertas dibuat berlapis -lapis.

·         Prespan

Prespan juga sebetulnya kertas, karena bahan dasarnya sama hanya berbeda sifatsifatnya saja. Dibandingkan dengan kertas, prespan lebih padat sehingga kurang menyerap air. Padat karena pembuatannya ditekan dengan tegangan tinggi sehingga lebih keras dan lebih kuat, tetapi dapat dibengkokan dengan tidak retak-retak sehingga baik sekali untuk isolator alur stator atau rotor mes in listrik, juga pada transformator sebagai isolator lilitan dan kawatnya. Prespan ini di pasaran berbentuk lembaran atau gulungan dengan ukuran tebal antara 0,1 sampai 5 mm, warnanya kekuning-kuningan, coklat muda atau abu. Karena daya menyerap air masih ada, maka dalam pelaksanaannya selalu masih perlu dilapisi lak isolator.

·         Kayu

Pada tahun-tahun yang silam, kayu banyak digunakan sebagai isolator misalnya untuk tiang listrik, karena terdapat dimana-mana dan harganya murah. Sekarang kayu banyak terdesak oleh besi, beton, dan bahan sintetis. Kelebihan kayu adalah kekuatan mekanisnya cukup tinggi tergantung dari macam dan kerasnya kayu, tetapi kelemahannya adalah menyerap air, dapat rusak karena hama dan penyakit serangga sehingga mudah rapuh. Supaya daya tahan lama, maka kayu harus diawetkan lebih dahulu.

·         Fiber Pulkanisir

Proses pembuatan bahan ini sebelum digulung pada silinder baja, kertas dilewatkan melalui larutan chlorida seng (ZnCl2) yang panas. Tiap lapisan direkatkan dengan perekat sampai mencapai tebal lapisan yang dikehendaki pada gulungan tersebut. Pembersihan kembali zat chlorida seng dilakukan dengan air bersih, kemudian di pres menjadi lembaran, papan, atau dibuat pipa dengan tebal antara 0,5 sampai 25 mm. Bahan ini kuat sekali, tetapi menyerap air sehingga sebelumnya dilapis dahulu dengan parapin, minyak transformator atau zat lain serupa.

·         Kain Pernis

Bahan kain yang telah dipernis sering disebut dengan cambric. Kelebihan bahan ini adalah fleksibel, kekuatan mekanisnya tinggi sedangkan lapisan pernisnya merupakan isolator listrik yang baik. Sehingga daya isolator semacam ini sangat luas digunakan pada pekerjaan mesin listrik, peralatan, serta kabel listrik selain dijadikan pita dan pembalut. Macam isolator ini dapat digunakan untuk suhu sekitar 1000C, dengan bahan sintetis seperti polyester dan polyamid. Kain pernisan dijual dalam gulungan dengan lebar kira-kira 1 yard dan panjang antara 45 yard sampai 90 yard.

·         Pita Isolator

Bahan ini banyak digunakan dalam bidang instalasi listrik, yang merupakan pita isolator dengan campuran karet dalam gulungan kecil antara 1 dan 5 cm lebar dan garis tengah luar kira-kira 15 cm. Tebal pita kira-kira 0,25 mm. Sekarang banyak pita perekat terbuat dari bahan sintetis kuat dan tidak menyerap air, tetapi tidak untuk suhu yang tinggi.

3.      Gelas dan Keramik

·         Gelas

Gelar merupakan isolator yang baik untuk arus listrik, tetapi kekuatan mekanisnya kecil dan sangat rapuh tidak seperti bahan keramik. Pemakaian dalam teknik listrik antara lain untuk pembuatan bola lampu pijar, termometer-kontak (untuk mengontrol suhu tertentu suatu tenpat seperti tempat penetasan telur), dan lain-lain. Untuk hiasan penerangan listrik banyak dipakai ornamen kaca yang dibuat dari kaca susu, kaca kabur (matglas) dan kaca opal, yang dalam perdagangan terdapat bermacam-macam bahan gelas seperti gelas kristal, gelas kali, gelas natron, dan gelas flint. Bahan baku pembuatan gelas adalah kuarsa dan kapur yang dicairkan bersama-sama dengan bahan lainnya. Paduan kuarsa dengan oksida timbel menghasilkan gelas kristal, bahan baku ditambah dengan potas menghasilkan gelas kali, dan penambahan soda menghasilkan gelas natron. Pengerjaan bahan baku di atas biasanya dipanaskan sampai + 20000C, sehingga menjadi encer dan baru dikerjakan.

·         Keramik

Keramik didapat dari bahan galian dengan melalui proses pemanasan, kemudian dijadikan barang keramik, seperti cangkir teko, dalam teknik listrik digunakan untuk isolator loceng dan mantal. Keramik yang digunakan untuk keperluan teknik listrik harus mempunyai daya sekat yang besar dan dapat menahan gaya mekanis yang besar seperti porselin dan steatit. Bahan isolator dari porselin seperti: isolator lonceng, isolator mantel, isolator cincin, isolator tegangan tinggi, sekering pipa porselin, dan lain-lain. Sedangkan bahan isolator terbuat dari steatit, antara lain: sakelar, kontak tusuk, manik-manik isolator kawat penghubung yang dapat melentur (fleksibel) dan letaknya berdekatan dengan alat pemanas listrik, untuk pembuatan bumbung penerus (tube), pena-kontak -baut, badan alat-alat pemanas seperti kompor listrik, seterika, dan lain-lain.

4.      Plastik

Plastik merupakan paduan dari dua bahan yaitu bahan perekat (seperti damar atau resin) dan bitumin dengan bahan pengisi serbuk batu, serbuk kayu dan katun. Menurut paduannya, ada bermacam-macam bahan plastik, diantaranya bakelit. Ada dua jenis plastik yang perlu kita ketahui, yaitu:

·         Thermoplastik. Bahan ini pada suhu 600C sudah menjadi lunak, dan pemanasan sampai mencair tidak merubah struktur kimiawi

·         Thermosetting plastik. Bahan ini setelah mengalami proses pencairan dan cicetak menjadi barang akan mengalami perubahan struktur kimiawi, hingga tidak dapat lunak lagi walaupun dipanaskan. Beberapa bahan pengisi paduan dalam pembuatan plastik selain yang telah disebutkan di atas, antara lain : mika, alpha selulosa, kain kapas, kertas, asbes, grafit, karbon, dan kanvas.

5.      Bahan Dipadatkan

Bahan isolator yang dipadatkan mula-mula cair kemudian dijadikan padat. Bahan ini banyak dipakai sebagai pelapis, pengisi, pemadatan (inpregnasi) dan perekat bahan isolator padat. Beberapa bahan yang dipadatkan antara lain: lilin dengan parafin; damar (gondorukem, arpus); bitumin; bahan-bahan pelarut seperti: kerosin (minyak tanah), gasolin, spiritus putih, bensin, methanol (methyl alkohol), ethanol (ethyl alkohol), aceton, minyak terpentin, dll.; minyak pengering (minyak biji lena dan minyak Tung); pernis (pernis minyak, pernis hitam, lak selulosa, pernis bakelit, pernis sirlak, pernis gliptal); dan kompon (kompon bitumin, kompon kuarsa, dan kompon kabel).

6.      Bahan Isolasi PVC

Polivinilklorida atau PVC adalah hasil polimerisasi dari vinilklorida H2C = CHCl. Pada proses polimerisasi, ikatan ganda yang melekat pada molekul vinilklorida diubah menjadi ikatan tunggal. Ikatan yang bebas kemudian mengikat molekul-molekul vinilklorida lain sehingga timbul molekul-molekul makro panjang, yaitu PVC :

Pada suhu kamar PVC ini keras dan rapuh, dan supaya dapat digunakan sebagai bahan isolasi kabel, PVC harus dicampur dengan bahan pelunak (plasticiser). Bahan lunak yang dicampur umumnya sebanyak 20 % hingga 40 % kadang-kadang bahkan lebih, dan hasil campuran ini disebut kompon PVC. Untuk membedakan PVC yang belum dicampur dinamakan damar PVC (PVC resin). Kompon PVC kabel ini harus digunakan bahan pelunak dengan sifat-sifat listrik yang baik, tidak boleh menguap, dan tidak boleh menjalarkan nyala api. Damar PVC sendiri walaupun dapat dibakar, tetapi akan padam sendiri apabila sumber apinya disingkirkan. Berat jenis damar PVC sekitar 1,4 tergantung jenis dan banyaknya bahan yang dicampurkan, sedangkan berat jenis kompon PVC berkisar antara 1,25 – 1,55. Damar PVC memiliki ketahanan cukup baik terhadap sejumlah besar bahan kimia lain, dan dengan menggunakan bahan pelunak yang tepat dapat diciptakan kompon PVC yang tahan terhadap bahan kimia tertentu. Salah satu kelemahan kompon PVC akibat digunakan bahan pelunak adalah ketahanan terhadap tekanan, yaitu kalau ditekan cukup lama dan cukup kuat kompon PVC tidak dapat pulih dan makin tinggi suhunya makin kurang ketahanan terhadap tekanan tersebut. Umumnya kompon PVC hanya dapat digunakan sampai suhu 700 C terus menerus. Tetapi dengan menggunakan bahan pelunak khusus dapat dibuah sampai suhu lebih tinggi sampai 1050C.

7.      Polietilen atau PE

Polietilen atau PE adalah hasil polimerisasi dari etilen H2C = CH2, dengan sifat sifat listrik lebih baik dari pada yang dimiliki PVC. Hanya PE lebih mudah terbakar. Kalau PE dibakar, nyala apinya akan tetap menjalan, juga setelah sumber apinya disingkirkan. Karena itu PE hampir tidak digunakan untuk kabel-kabel arus kuat, kecuali XLPE (crosslinked polyethylene). Karena sifat PE yang baik pada frekuensi tinggi, maka banyak digunakan untuk kabelkabel telekomunikasi. Kelebihan PE dibanding PVC adalah tidak lebih mudah menyerap air, dan kalau digunakan di tempat yang lembab atau basah, tahanan isolasi PVC  akan lebih menurun dibandingkan dengan PE.

8.      Karet, Ebonit dan Bakelit

·         Ebonit

Bahan dasar ebonit adalah karet dan untuk mendapatkan kekerasan dicampur dengan belerang dan bahan tambahan lainnya sekitar 30 sampai 50 % dengan melalui proses vulkanisasi yang lama. Dalam perdagangan ebonit berbentuk lempeng, batang atau pipa dengan bermacam-macam ukuran.

·         Bakelit

Bakelit adalah bahan paduan secara kimia bermacam -macam zat yang pertama dibuat oleh perusahaan Bakelit Co., yang kemudian dibuat oleh perusahaan lain dengan nama sendiri-sendiri, seperti perusahaan Philips dari Belanda dengan nama philite, perusahaan Hasemeir dengan nama hajalite yang dikenal dengan nama bakelit.

·         Karet

Karet merupakan bahan penting untuk isolator dalam teknik listrik yang terbuat dari getah bermacam-macam pohon karet, salah satu diantaranya : Hevea Braziliensis yang menghasilkan karet terbanyak dengan kualitas tinggi. Proses penyampuran karet kasar dengan belerang dan bahan tambahan lainnya dibeut vulkanisasi. Untuk mendapatkan vulkanisasi yang baik dengan cara pemanasan uap, karena tekanan uap dpat mencegah terjadinya pori dalam masa yang divulkanisir, sedang pemanasannya dapat berjalan teratur. Bahan perekat untuk kulit, karet dan sebagainya dapat dibuat dari karet kasar dicampur dengan bensin atau bensol. Karet kasar juga merupakan bahan untuk pembuatan pita isolator (dibuat dari bahan katun, dicelupkan dalam larutan karet kasar untuk memberi gaya perekat pada pita tersebut. Pita isolator ini dapat dipakai untuk menyekat tempat sambungan kawat, ujung kabel nadi dan batu mahkota, serta dalam industri mobil. Dalam teknik listrik karet sebagai isolator hantaran listrik, sepatu kabel, perkakas pemasangan instakasi kistrik, dll.

G.    Kegagalan isolasi padat

1.   Kegagalan asasi (intrinsik) terjadi jika diterapkan tegangan tinggi pada lapisan dielektrik yang tipis. Hal ini terjadi pada waktu yang singkat dan disebabkan karena medan listrik yang tinggi di mana elektron mendapat energi dari tegangan luar sehingga melintasi celah yang terlarang sampai ke lapisan konduksi. Sifat kegagaln ini adalah :

·         Terjadi pada suhu yang rendah, suhu kamar atau lebih rendah. Kekuatan kegagalan tidak bergantung pada bentuk gelombang dari tegangan yang diterapkan dan terjadi pada waktu yang singkat.

·         Kegagalan bergantung pada bentuk, besar dari spesimen dan bentuk dari kegagalan.

2.   Kegagalan elektromekanik adalah kegagalan yang disebabkan oleh adanya perbedaan polaritas antara elektroda yang mengapit zat isolasi padat sehingga timbul tekanan listrik pada bahan tersebut. Tekanan listrik yang terjadi menimbulkan tekanan mekanik yang menyebabkan timbulnya tarik menarik antara kedua elektroda tersebut. Pada tegangan 10⁶ volt/cm menimbulkan tekanan mekanik 2 s.d 6 kg/cm². Tekanan atau tarikan mekanis ini berupa gaya yang bekerja pada zat padat berhubungan dengan Modulus Young.

3.   Kegagalan Streamer

Untuk mendapatkan kegagalan streamer, ujung katoda haru dimasukkan dalam isolasi yang akan diuji. Bila elektroda ditempatkan pada permukaan bahan isolasi maka elektron dari katoda akan menembus ke anoda melewati dua medium, yaitu medium udara diperbatasan dan langsung melewati dielektrik. Karena permitivitas udara lebih kecil dari elektrik, kegagalan ini terjadi lebih awal daripada dielektrik. Kegagalan dielektrik tidak berbentuk discharge tunggal tapi berbentuk pohon yang bercabang yang dinamakan “linchtenberger tree” di mana proses terjadinya sangat singkat ( detik hingga beberapa menit ).

4.   Kegagalan Termal

Umumnya terjadi karena panas disebabkan kerugian dielektrik. Panas sebagaian dipakai untuk menaikkkan suhu dari bahan dielekrik dan sebagian hilang di udara. Kenaikan suhu menyebabkan konduktivitas naik. Kriterianya adalah sebgai berikut:

·         Terjadi pada suhu tinggi

·         Kekuatan medan pada waktu terjadinya kegagalan tergantung pada bentuk dan besarnya isolasi

·         Waktu yang diperlukan untuk kegagalan adalah dalam milidetik

·         Pada medan bolak balik harga tegangan gagal lebih kecil dari medan yang tetap karena kerugian daya bertambah

·         Pada medan bolak-balik, panas yang terjadi adalah

·         Pada medan arus searah, panas yang terjadi adalah

5.   Kegagalan Erosi

Pada pembuatan suatu isolasi dari kabel bawah tanah dan alat lainnya kadang-kadang tidak sempurna, sehingga sering terdapat rongga dalam isolasi. Rongga ini berisi udara atau benda lain, yang mempunyai kekuatan medan atau kekuatan dielektrik yang berbeda dengan kekuatan dielektrik dari bahan isolasi. Bila rongga berisi udara maka akan terdapat konsentrasi medan listrik. Karena itu, pada nilai tegangan normal kekuatan medan pada rongga dapat bernilai melebihi kekuatan kegagalan, sehingga dapat menyebabkan terjadinya kegagalan. Kekuatan medan dalam reongga ditentukan oleh perbandingan dari permitivitas dan bentuk rongga. Pada setiap pelepasan muatan terjadilah panas, dan lama kelamaan muka dari rongga akan terjadi karbonisasi dan dapat merusak susunan kimia isolasi dan terjadinya erosi. Mason dan Krueger melakukan percobaan pada suatu spesimen berbentuk persegi panjang. Benda dibagi menjadi dua bagian, yaitu bagian yang terdapat rongga dan bagian yang tidak rongga.( Pawiloi, Asrul. 2010. P. 6-9 )

Kegagalan yang terjadi pada praktek :

1.      Kegagalan Kimia dan Elektro Kimia

Kehadiran udara dan gas lainnya menyebabkan bahan isolasi padat mangalami perubahan struktur secara kimiawi yang dapat berlanjut pada tekanan listrik secara terus menerus yang pada akhirnya menyebabkan kegagalan isolasi. Beberapa reaksi kimia penting yang terjadi adalah :

·         Oksidasi : Kehadiran udara atau oksigen, pada material padat seperti karet dan polyethilene mengalami oksidasi yang dapat meyebabkan keretakan pada permukaan isolator.

·         Hidrolisis : Ketika uap air dan embun muncul di atas permukaan suatu material padat, maka hidrolisis akan terjadi dan material tersebut dan menyebabkan material akan kehilangan atau berkurang sifat listrik maupun sifat mekanisnya. Hidrolisis biasanya terjadi pada material padat seperti kertas, kain dan beberapa material seluler akan mengalami perubahan sifat kimiawi yang sangat cepat. Perubahan kimia (hidrolisis) juga terjadi pada material padat lainnya seperti plastik (polyethilene) yang menyebabkan penurunan umur pakai dari material tersebut (aging).

·         Aksi Kimiawi. Meskipun tidak terdapat medan listrik yang tinggi, namun peningkatan penurunan sifat kimia pada material isolasi dapat menyebabkan terjadinya berbagai proses material isolasi dapat menyebabkan terjadinya berbagai proses ketidakstabilan kimiawi karena adanya temperatur yang tinggi, oksidasi maupun terbentuknya ozon. Meskipun material isolasi padat digunakan pada berbagai kepentingan penggunaan dan kondisi yang berbeda, reaksi kimia akan terjadi pada berbagai material yang dapat mandorong terjadinya penurunan sifat listrik maupun sifat mekanis yang pada akhirnya dapat menyebabkan terjadinya kegagalan isolasi.

Efek elektro-kimia dan penurunan sifat kimia material dapat diperkecil dengan cara mengkaji lebih mendalam dan melakukan pengujian material secara lebih berhati-hati. Isolatornya yang terbuat dari bahan glass (campuran sodium) harus dihindarkan dari keadaan udara lembab dan basah, sebab sodium dapat menyebabkan keadaan menjadi tidak stabil, sehingga soda yang dilepaskan ke permukaan akan menimbulkan pembentukan suatu alkali kuat yang akan menyebabkan penurunan sifat material secara menyeluruh.

2.    Kegagalan Tracking dan Treeing

Jika suatu bahan isolasi padat diterapkan tekanan listrik dalam jangka waktu yang lama maka akan mengalami kegagalan. Secara umum, terdapat dua gejala yang dapat diamati pada material tersebut, yaitu: (a) Adanya bagian konduksi pada permukaan isolator. (b) Suatu mekanisme yang bekerja yang menyebabkan arus bocor melalui bagian konduksi yang pada akhirnya mendorong ke arah pembentukan suatu percikan (discharge). Percikan yang terjadi akan menyebar selama proses penjejakan karbon (tracking) dan membentuk cabang-cabang yang menyerupai pohon (pepohonan) yang dikenal dengan istilah “treeting”.

Fenomena pepohonan listrik (treeing) dapat dijelaskan dengan menggunakan sebuah spesimen (conducting film) yang diletakkan di antara dua elektroda. Dalam prakteknya, spesimen tersebut diberikan suatu cairan pelembab kemudian diterapkan tegangan, dan dalam waktu tertentu pada permukaan spesimen akan mengalami kekeringan. Pada saat yang sama terjadi percikan yang dapat menyebabkan kerusakan pada permukaan material. Pada material padat seperti kertas, akan terbentuk karbonisasi di daerah terjadinya percikan api, dan selanjutnya karbonisasi yang terbentuk akan bertindak sebagai saluran konduksi permanen yang kemudiannya dapat meningkatkan tekanan yang berlebihan. Proses ini adalah merupakan proses kumulatif, dan isolator mengalami kegagalan akibat terjadinya jembatan karbon diantara elektroda. Fenomena ini dikenal dengan istilah “tracking”.

Pada sisi yang lain, treeing terjadi karena erosi dari material pada ujung percikan. Erosi mengakibatkan permukaan menjadi kasar, dan oleh sebab itu dapat menjadi sumber pengotoran dan pencemaran. Kejadian ini akan meningkatkan konduktivitas, dan pada sisi yang lain akan membentuk jembatan antara bagian konduksi tadi dengan elektroda yang selanjutnya mengakibatkan kegagalan mekanik (keretakan ) pada bahan isolator.

Umumnya, tracking terjadi pada tegangan yang rendah yaitu sekitar 100 V, sedang treeing terjadi pada tegangan tinggi. Treeing dapat dicegah melalui usaha membersihkan permukaan material, menciptakan keadaan kering, dan pada permukaan yang halus (yang tidak terjadi kekasaran permukaan). Oleh karena itu pemilihan material harus didasarkan pada material yang mempunyai resistansi yang tinggi terhadap fenomena “treeing”.

Sumber :

http://kekegibs.blogspot.com/2016/01/v-behaviorurldefaultvmlo.html


M. Wira Bakti Santosa
JL. Perintis Kemerdekaan No. 1A, Kediri
Jawa Timur (Indonesia) +62857366636845
Mahasiswa Universitas Gajayana Malang (UNIGA)

Share this post