ISOLATOR PADAT

 

                                     Pengertian Bahan Isolator

   Isolator adalah sifat pada bahan yang tidak bisa atau sulit untuk menghantarkan tegangan listrik. contohnya adalah : karet, kayu, asbes, gelas, plastik, kertas dan lain-lain. Bahan isolator tidak dapat menghantarkan listrik sebab valensi elektronnya terikat kuat dengan atom-atomnya sehingga tidak dapat bergerak bebas.  Bahan-bahan isolator banyak dipergunakan dalam alat-alat elektronika sebagai penghambat mengalirnya arus listrik. Selain itu, Isolator juga berguna sebagai penopang beban atau pemisah antara konduktor tanpa membuat adanya arus mengalir ke luar atau antara konduktor. Contoh isolator yang dimanfaatkan dalam kehidupan sehari-hari adalah gagang pemegang panci atau gagang setrika yang dilapisi dengan plastik agar tidak panas pada saat kita memegangnya. Contoh lain pada listrik adalah kabel tembaga dilapisi dengan bahan karet sehingga kita tidak tersengat listrik. 

Ada beberapa bahan isolasi bentuk padat yang dikenal dalam bidang kelistrikan. Bahan-bahan tersebut antara lain:

1. KAIN

Kain atau tekstil termasuk bahan yang memiliki serat panjang. Kain ecara mekanis memiliki kekuatan yang cukup bagus dan tidak terjadi penyusutan Namun tegangan tembusnya masih lebih tinggi disbanding dengan kertas. Bahan isolasi kain biasanya terbuat dari serat tumbuh-tumbuhan dan binatang.

Dalam bidang kelistrikan kain dibuat dalam bentuk anyaman, dipergunakan sebagai pelindung atau pembungkus isolator pada kawat NGA. Tujuannya untuk memperkokh isolasi karet tersebut.

2. KERTAS

Kertas atau karton termasuk bahan bahan isolasi padat yang berserat pendek. Kertas atau karton pada dasarnya adalah selulosa dibuat dari kayu atau bambu dengan melalui proses kimia. Pemakaian kertas atau karton untuk isolasi listrik antara lain sebagai isolator pada kabel tanah yang berperisai, dalam pemasangannya kertas tersebut dilapisi sejenis bahan timbel, penyaring minyak transformator, dielektrik kapasitor, serta sebagai kertas pada peralatan telepon.

Kertas yang digunakan sebagai bahan isolasi dibuat dari bubur kertas atau pulp melalui proses kimia. Untuk mendapatkan selulose murni , bubur kertas diaduk dalam tangki bersama-sama dengan bahan kimia.

3. KARET

Salah satu contoh pengunaan isolasi karet sebagai pelkindung penghantar dapat dilihat pada penghantar jenis NGA. Bahan pelindung dari karet kurang mnemiliki daya tahan yang lama, sehingga pada poemasangannya harus mengunakan pelindung lagi yaitu berupa kain anyaman. Namun demikian, karet sangat baik untuk penyekat listrik dan juga memiliki sifat elastis dan tahan terhadap panas.

4. PVC

Bahan isolasi yang terbuat dari PVC termasuk bahan yang dapat diandalkan poenggunaannya dalam jaringan instalasi listrik. Dalam pemakainannya bahan PVC dapat digunakan tanpa menggunakan bahan pelindung lainnya. Contoh :

Pada penghantar NYA. Bahan PVC juga dipakai pada NYM atau NYY yang memiliki daya sekat yang lebih besar karena dilengkapi dengn bahan isolasi PVC yang dibuat berlapis. Kelebihannya memiliki daya sekat yang tinggi, ringan, tahan air dan murah, namun kurang tahan terhadap panas dan beban berat.

MEKANISME KEGAGALAN BAHAN ISOLASI PADAT

1 Kegagalan Asasi (Intrinsik)

Kegagalan asasi (intrinsik) adalah kegagalan yang disebabkan oleh jenis dan suhu bahan dengan menghilangkan pengaruh luar seperti tekanan, bahan elektroda, ketidakmurnian, kantong-kantong udara. Kegagalan ini terjadi jika tegangan yang dikenakan pada bahan dinaikkan sehingga tekanan listriknya mencapai nilai tertentu yaitu 10⁶ volt/cm dalam waktu yang sangat singkat yaitu 10^-8 detik. Karena waktu gagal yang sangat singkat, maka jenis kegagalan ini disebut kegagalan elektronik. Kegagalan intrinsik merupakan bentuk kegagalan yang paling sederhana.

Melalui eksperimen, kuat dielektrik terbesar diperoleh ketika seluruh pengaruh luar sudah diisolasi dan harganya hanya bergantung pada struktur material dan suhu. Kekuatan listrik maksimum adalah 15 MV/cm untuk polyvinyl-alcohol pada suhu -196^oC. Kekuatan maksimum biasanya berkisar antara 5 MV/cm dan 10 MV/cm.

Kegagalan instrinsik tergantung pada kehadiran elektron bebas yang mampu berpindah melalui kisi-kisi dari bahan dielektrik tersebut. Biasanya, sejumlah kecil dari elektron terkonduksi hadir dalam dielektrik padat, bersama beberapa struktur tak sempurna dan sejumlah atom kotor (impurity atom). Atom atau molekul kotor atau keduanya bertindak sebagai perangkap untuk elektron terkonduksi yang tergantung pada jarak dari medan elektrik dan suhu. Ketika jarak ini telah membesar, elektron tambahan terbebaskan, dan elektron ini turut berpartisipasi pada proses konduksi. Berdasarkan prinsip ini, 2 tipe dari kegagalan instrinsik telah muncul yaitu Kegagalan Elektronik dan Kegagalan Streamer.

Beberapa pendekatan telah dilakukan untuk meramalkan nilai kritis medan yang menyebabkan terjadinya kegagalan asasi, tetapi hingga kini belum diperoleh penyelesaian yang memuaskan.

2. Kegagalan Elektromekanik

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 (pressure) mekanik yang terjadi akibat timbulnya gaya tarik menarik antara kedua elektroda tersebut. Pada tegangan 10⁶ volt/cm menimbulkan tekanan mekanik 2-6 kg/cm².

Uraian masing masing jenis kegagalan pada bahan isolasi padat adalah :

·         Kegagalan asasi (intrinsik) adalah kegagalan yang disebabkan oleh jenis dan suhu bahan ( dengan menghilangkan pengaruh luar seperti tekanan, bahan elektroda, ketidakmurnian, kantong kantong udara. Kegagalan ini terjadi jika tegangan yang dikenakan pada bahan dinaikkan sehingga tekanan listriknya mencapai nilai tertentu yaitu 10⁶ volt/cm dalam waktu yang sangat singkat yaitu 10^-8 detik

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.

·         Kegagalan streamer adalah kegagalan yang terjadi sesudah suatu banjiran (avalance). Sebuah elektron yang memasuki band conduction di katoda akan bergerak menuju anoda dibawah pengaruh medan memperoleh energi antara benturan dan kehilangan energi pada waktu membentur. Jika lintasan bebas cukup panjang maka tambahan energi yang diperoleh melebihi pengionisasi latis (latice). Akibatnya dihasilkan tambahan elektron pada saat terjadi benturan. Jika suatu tegangan V dikenakan terhadap elektroda bola, maka pada media yang berdekatan (gas atau udara) timbul tegangan. Karena gas mempunyai permitivitas lebih rendah dari zat padat sehingga gas akan mengalami tekanan listrik yang besar.Akibatnya gas tersebut akan mengalami kegagalan sebelum zat padat mencapai kekuatan asasinya. Karean kegagalan tersebut maka akan jatuh sebuah muatan pada permukaan zat padat sehingga medan yang tadinya seragam akan terganggu. Bentuk muatan pada ujung pelepasan ini dalam keadaan tertentu dapat menimbulkan medan lokal yang cukup tinggi (sekitar 10 MV/cm). Karena medan ini melebihi kekuatan intrinsik maka akan terjadi kegagalan pada zat padat. Proses kegagalan ini terjadi sedikit demi sedikit yang dapat menyebabkan kegagalan total.

Sumber :

http://faizalnizbah.blogspot.com/2013/06/bahan-isolasi-bentuk-padat.html

( Diakses pada tanggal 15 Maret 2016, Pukul 12.00)

https://elektro2013.blogspot.com/2017/02/makalah-bahan-isolasi-padat.html

( Diakses pada tanggal 2 Februari 2017, Pukul 7.45 )

Dimas Wahyu Septivian

Mahasiswa Universtitas Gajayana Malang ( UNIGA)
Jl. Lilin Emas No. 1B Dadaprejo, Junrejo, Kota Batu
Pekerjaan Saat Ini :
Engineer Kusuma Agrowisata Hotel, Resort, Convention

Share this post