bahan isolator 1

8/9/2019 bahan isolator 1

1/25

BAB I

URAIAN MAKALAH

1.1 TUJUAN

1.1.1 TUJUAN UMUM

1.Merupakan tugas akhir dari mata kuliah Bahan-bahan listrik.

1.1.2 TUJUAN KHUSUS

1. Dapat memahami pengertian bahan isolator.

2. Dapat mengetahui jenis-jenis bahan isolator

3. Dapat mengetahui sifat bahan isolator.

3. Dapat mengetahui jenis bahan isolator pada sistem distribusi.

4. Dapat mengetahui mekanisme kegagalan bahan isolasi cair.

5. Dapat mengetahui mekanisme kegagalan bahan isolasi padat.

. Dapat mengetahui mekanisme kegagalan bahan isolasi gas.

1


2/25

1.2 ISI

1.2.1 PENGERTIAN SECARA UMUM BAHAN ISOLATOR

!solator atau bahan dielektik adalah bahan non logam "ang mempun"ai nilai tahan listrik "ang besar

atau bahan "ang tidak bisa atau sulit melakukan perpindahan muatan listrik. Dalam bahan isolator

#alensi elektronn"aterikat kuat pada atom-atomn"a. Bahan-bahan ini dipergunakan dalam alat-alat

elektronika sebagai isolator$ atau penghambat mengalirn"a arus listrik. !solator berguna pula

sebagai penopang beban atau pemisah antara konduktortanpa membuat adan"a arus mengalir ke

luar atau atara konduktor. !stilah ini juga dipergunakan untuk menamai alat "ang digunakan untuk

men"angga kabeltransmisi listrik pada tiang listrik.%ada umumn"a bahan isolasi mempun"ai

koefisien temperatur tahanan negatif atau negatif temperature coeffisient dan umumn"a disingkat

&'(.

1.2.2 JENIS BAHAN ISOLATOR

Bahan-bahan isolator memiliki kesamaan terhadap kesamaan umum benda baik berupa padat$cair

dan gas juga ada pula bahan isolator "ang berserat berikut penjelasann"a )

PADAT

Berbentuk padat dibedakan menurut kelompok-kelompokn"a "aitu )

Bahan tambang.

Batu %ualam

*+alitas ditentukan oleh kepadatan dan penggosokann"a. ,emakin padat dan semakin licin

semakin kurang da"a pen"erapan airn"a. *arenasifatn"a mudah pecah dan berat$ maka

sekarang kurang ban"ak dipakai.

sbes

sbes merupakan bahan berserat$ tidak kuat$ dan mudah putus. Bukan pen"ekat "ang baik.

*eistime+aann"a adalah tidak dapat dibakar$ jadi tahan panas tinggi. Ban"ak digunakan

pada peralatan listrik rumah tangga seperti setrika listrik$ kompor listrik$ dan alat-alat

pemanas lainn"a.

2
http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Valensi_elektron&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Penghantar_listrikhttp://id.wikipedia.org/wiki/Kabelhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Tiang_listrik&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Penghantar_listrikhttp://id.wikipedia.org/wiki/Kabelhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Tiang_listrik&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Valensi_elektron&action=edit&redlink=1


3/25

Mika

Data teknisn"a ) Da"a sekat listrik dan kekuatan mekanis sangat tinggi dan elastis pula.

Da"a tahan panas tinggi tidak sampai ratusan derajat/ dan penahan air "ang baik. ,angat

ringan$ dan bening transparan/. Ban"ak digunakan pada peralatan listrik rumah tangga

seperti setrika listrik$ kompor listrik$ dan alat-alat pemanas lainn"a. Mikanit

Mikanit adalah mika "ang telah mendapat perubahan bentuk maupun susunan bahann"a.

Berbentuk agak padat. Biasa dipakai pada *omutator.

Mikafolium

,emacam mikanit dan sebagai bahan digunakan di atas lapisan kertas tipis. Mudah

dibengkokkan dengan pemanas. Biasan"a dipakai untuk membungkus ka+at atau batang

lilitan sebagai pen"ekat pada mesin listrik tegangan tinggi.

Mikalek

Digunakan gelas dan plastic sebagai bahan dasar. Bubuk mika merupakan bahan pengisi.

*ekuatan mekanis tinggi dan sering dipakai pada pen"earah arus logam air raksa/$

peralatan radio dan tenaga listrik. Mikalek merupakan mika terbaik$ sehingga dapat

memenuhi pers"aratan "ang diperlukan sebagai pen"ekat.

BAHAN BERSERAT

,ebenarn"a bahan ini kurang baik karena sifat "ang sangat men"erap air. Beberapa contohn"a)

Benang

,ebenarn"a tidak semata-mata digunakan sebagai pen"ekat$ tetapi lebih condong digunakan

sebagai pengisi kabel$ terutama kabel tanah.

'ekstil

Dari benang ditenun menjadi pita dan kain dengan berbagai corak$ ukuran$ dan k+alitasn"a.

Bahan tekstil digunakan dalam bidang kelistrikan sebagai pen"ekat ka+at lilitan mesinlistrik$ pengikat$ dsb. *arena bersifat men"erap cairan$ untuk perbaikan da"a sekat dilapis

atau dicelup ke dalam cairan lak pen"ekat.

3


4/25

*etas

*etas bahan pen"ekat dengan alkali memiliki harga "ang mahal. Ber+arna kuning atau

coklat muda. *ekuatan kertas tergantung dari kadar airn"a. 0ntuk mengatasin"a kertas

dilapisi lak pen"ekat. Biasa digunakan pada lilitan ka+at$ kumparan$ pen"ekat kabel$ dan

kondensator kertas. Biasan"a memiliki ketebalan tertentu.

%respan

Dibanding dengan kertas$ prespan lebih padat$ jadi kurang men"erap air.

*a"u

%ada jaman dahulu sering digunakan untuk tiang listrik. *a"u dapat rusak karena factor

biologi$ supa"a tahan lama ka"u harus dia+etkan lebih dulu. *a"u juga harus dimampatkan

agar kadar airn"a dapat berkurang.

GELAS DAN KERAMIK

elas

Merupakan pen"ekat "ang baik untuk listrik$ namun sangat rapuh. Biasan"a dipakai dalam

pembuatan bola lampu pijar.

*eramik

*eramik memiliki da"a sekat "ang tinggi. Biasan"a dibuat menjadi porselin dan steatite.

,teatit

Bagian dari dalam saklar dan kotak tusuk. Biasan"a juga pembuatan manik-manik untuk

men"ekat ka+at penghubung "ang dapat melentur dan letakn"a berdekata dengan alat

pemanas listrik.

PORSELIN

Merupakan bahan "ang penting dalam pen"ekatan karena memiliki kekukuhan mekanis "ang sangat

besar.0ntuk pembuatan bagian isolasi alat-alat listrik "ang harus menahan ga"a tekan "ang berat$

bahan porselin baik sekali. ir tidak dapat men"erap karena adan"a email pada permukaan.

4


5/25

PLASTIK

,ifat baik dari bahan plastic antara lain ) ringan$ da"a hantar panas rendah$ tahan air$ dan da"a sekat

tinggi. 0ntuk dipakai pada bahan "ang lebih panas$ plastic kurang baik. da 2 jenis plastic "aitu)

'hermoplastik. %ada suhu derajat sudah menjadi lunak. %emanasan sampai mencair tidak

merubah struktur kimia+i.

'hermosetting plastic. Bahan ini telah mengalami proses pencairan dan telah dicetak dan

mengalami perubahan struktur kimia+i sehingga tidak dapat lunak lagi +alaupun

dipanaskan.

KARET DAN EBONIT

*aret

Bersifat elastis dan berguna untuk menahan tumbukan. Digunakan sebagai pen"ekat

hantaran listrik$ penggunaan pipa karet untuk men"ekat sepatu kabel$ dan pembungkus

kabel.

bonit

Dapat dibengkokan dalam air "ang mendidih$ dapat dikikir$ dibor$ dan dibubut. 'ahan

terhadap asam dan dipakai sebagai bak akumulator. 'idak dapat men"erap air. 'idak tahan

panas.

BAHAN-BAHAN YANG DIPADATKAN

ilin dan %arafin

(epat mencair$ mempun"ai sifat tidak men"erap air dan hasiln"a berlimpah$ dijadikan salah

satu bahan "ang berguna untuk pen"ekat listrik +alaupun titik leleh relati#e rendah. Biasa

dipakai pada *ondensator atau pada bdang arus lemah.

5


6/25

CAIR

ir

ir suling atau air murni dapat disebut sebagai bahan pen"ekat +alaupun masi dapat

mengantar arus listrik dalam jumlah "ang sangat kecil.

Min"ak 'ransformator

Diperlukan sebagai pendingin pada transformator "ang di akibatkan lilitan ka+at. 'anpa

pendinginan akan merusak pen"ekat inti$ lilitan dan pada bagian tertentu. Min"ak

transformator harus memenuhi eprs"aratan kela"akan penggunaan.

Min"ak kabel

0mumn"a dibuat pekat dan untuk menambah pekat dapat dicampur dengan dammar.

Digunakan untuk memadatkan pen"ekat kertas pada kabel tenaga$ kabel tanah$ terutama

kabel tegangan tinggi.

GAS

&itrogen

Digunakan sebagai pengontrol saluran kabel pengisidistribusi untuk mengetahui masih baik

tidakn"a pen"ekat kabel "ang dipakai. 'erutama pada kabel tanah "ang sering terjadi karat$

goresan dan retak pada timah hitam$

6idrogen

6idrogen digunakan sebagai pendingin turbogenerator dan kondensor sinkron. 7alaupun

sebagai pendingin juga merupakan pen"ekat panas dan listrik.

(arbon Dioksida

Digunakan dalam turbogenerator. Memiliki sifat mematikan api. ,ebagai pengaman untuk

pencampuran h"drogen dan udara "ang dapat mengakibatkan ledakan.

6


7/25

1.2.3 SIFAT BAHAN ISOLATOR

Bahan isolator sering digunakan untuk bahan pen"ekat dielektrik/. %ent"ekat listrik terutama

dimaksudkan agar listrik tidak dapat mengalir jika pada bahan pen"ekat tersebut diberi tegangan

listrik. 0ntuk dapat memenuhi pers"aratan tersebut$ diperlukan jenis bahan "ang sesuai. ,elain

s"arat tersebut juga diperlukan s"arat "ang lain "ang dipertimbangkan untuk memenuhi

pemakaian"a$ antara lain )

SIFAT KELISTRIKAN

Bahan pen"ekat mempun"ai tahanan listrik "ang besar. %en"ekat listrik ditujukan untuk mencegah

terjadin"a kebocoran arus listrik antara kedua penghantar "ang berbeda potensial atau untuk

mencegah loncatan listrik ketanah. *ebocoran arus listrik harus dibatasi sekecil-keciln"a tidak

melampui batas "ang telah ditentukan oleh peraturan "ang berlaku/. ,ifat kelistrikan pada bahan

isolasi terdapat tiga hal pokok "ang harus

diperhatikan$ "aitu)

a. 8esisti#itas.

,esuai dengan fungsin"a bahan$ bahan isolasi "ang baik adalah bahan isolasi

"ang resisti#itasn"a besar tak terhingga$ tetapi pada ken"ataan"a bahan "ang

demikian itu belum bisa diperoleh. ,ampai sekarang semua bahan isolasi pada

teknik listrik masih mengalirkan arus listrik +alaupun kecil / "ang la9imdisebut arus bocor. %emakaian bahan isolasi pada daerah kerja "ang suhun"a

tinggi atau lembab$ harus dipilih bahan "ang sesuai$ baik bahan dan tegangan

kerjan"a.

b. %ermiti#itas

,etiap bahan isolasi mempun"ai permiti#itas$ hal ini penting bagi bahan-bahan

"ang digunakan sebagai dielektrik kapasitor. *apasitansi suatu kapasitor

7


8/25

tergantung dari luas permukaan jarak antara keping-keping kapasitor serta

dielektrikn"a.

c. ,udut kerugian dielektrik

%ada bahan isolasi saat diberi tegangan bolak-balik maka terdapat energi "ang

diserap oleh bahan tersebut "ang mengakibatkan adan"a faktor kapasitif.

SIFAT MEKANIS

*ekuatan mekanis bahan-bahan listrik maupun logam adalah kemampuan menahan

beban dari dalam atau luar$ pada praktekn"a adalah beban tarik dan geser. :ika

suatu bahan dengan penampang cm2 ditarik dengan suatu ga"a tarik "ang

bertambah secara perlahan$ maka bahan tersebut akan putus pada ga"a tarik tertentu

sebesar %t kg. Dalam hal ini stres atau tegangan tarik

1. %engujian derajat kekerasan

%engujian derajat kekerasan dapat dilakukan dengan penggoresan atau

penumbuhan dengan benda lancip terhadap bahan "ang dapat mengalami

deformasi plastis "aitu logam dan plastik. Derajat kekerasan suatu bahan perlu

diperhatikan terutama untuk ga+ai "ang bergesekan seperti ) mata bor$

komutator$ bantalan. %engujian derajat kekerasan untuk keramik dilakukan

dengan penggoresan. ,atuan derajat kekerasan bahan dengan penggoresan

adalah Moh dengan intan sebagai bahan terkeras nilain"a 1 dan kapur sebagai

"ang terlunak dengan nilai 1 ,edangkan untuk mengukur derajat kekerasan

berdasarkan tumbukan digunakan metode-metode ) Brinell$ 8ock+ell dan

;ickres. %ada cara pengujian dengan metode Brinell$ sebuah bola baja dengan

diameter 1 mm dan sudah diperkeras$ ditekankan ke permukaan bahan "ang

diuji dengan beban statis sehingga menimbulkan lekukan pada permukaan

bahan "ang diuji Derajat kekerasann"a din"atakan dengan satuan Brinell 6/. %ada pengujianderajat kekerasan metode ;ickres menggunakan intan "ang berbentuk piramid.

%engujian dengan cara ini lebih menguntungkan dibanding dengan metode

Brinell$ karena pada intan tidak akan terjadi deformasi plastik.

0ntuk menentukan derajat kekerasann"a digunakan persamaan di atas.


9/25

langsung terbaca pada alat pengujian. ,ehingga pengujian dengan metode ini

lebih mudah dan cepat. Mata penumbuk "ang digunakan adalah intan berbentuk

kerucut untuk bahan "ang keras atau bola baja jika bahan "ang diuji lunak.

SIFAT TERMIS

%anas "ang ditimbulkan dari dalam oleh arus listrik atau oleh arus ga"a magnet$ berpengaruh

terhadap kekuatan bahan pen"ekat. Demikian panas "ang berasal dari luar alam sekitar/. Dalam hal

ini$ kalau panas "ang ditimbulkan cukup tinggi$ maka pen"ekat "ang digunakan harus tepat. dan"a

panas juga harus dipertimbangkan$ agar tidak merusak bahan pen"ekat "ang digunakan. ,ifat termal

"ang utama pada bahan isolator adalah )

1. Memiliki ketahanan termal "ang tinggi

2. *oefisien muai panas rendah

3. Da"a hantar panas tinggi

4. 'idak mudah terbakar

SIFAT KIMIA

%anas "ang tinggi "ang diterima oleh bahan pen"ekat dapat mengakibatkan perubahan susunan

kimia bahan. Demikian juga

pengaruh adan"a kelembaban udara$ basah "ang ada di sekitar bahan pen"ekat. :ika kelembaban

tidak dapat dihindari$ haruslah dipilih bahan pen"ekat "ang tahan terhadap air. Demikian juga

adan"a 9at-9at lain dapat merusak struktur kimia bahan. Mengingat adan"a bermacam-macam asal$

sifat dan ciri bahan pen"ekat$ maka untuk memudahkan kita dalam memilih untuk aplikasi dalamkelistrikan$ kita akan membagi bahan pen"ekat berdasar kelompokn"a. %embagian kelompok bahan

pen"ekat adalah sebagai berikut )

= Bahan tambang batu pualam$ asbes$ mika$ dan sebagain"a/

= Bahan berserat benang$ kain$ kertas$ prespon$ ka"u$ dan sebagain"a/

= elas dan keramik

= %lastik

9


10/25

= *aret$ bakelit$ ebonit$ dan sebagain"a

= Bahan "ang dipadatkan.

%en"ekat bentuk cair "ang penting dan ban"ak digunakan adalah min"ak transformator dan macam-

macam hasil min"ak bumi. ,edang pen"ekat bentuk gas adalah nitrogen dan karbondioksida (>2/.

%enggunaan bahan isolator selain sebagai bahan pen"ekat adalah sebagai bahan tahanan resistor/.

Bahan tahanan "ang umumn"a dipakai merupakan paduan campuran logam-logam terdiri dari dua

atau lebih unsur bahan campuran. %emakaian bahan tahanan dalam kelistrikan$ antara lain )

= 0ntuk pembuatan kotak tahanan standart dan shunt

= 0ntuk tahanan dan rheostats

= 0ntuk unsur pemanas$ kompor listrik dan sebagain"a.

,esuai dengan penggunaan"a bahan tahanan haruslah memiliki tahanan jenis "ang tinggi$ koefisien

temperatur "ang tinggi$ dan memiliki da"a elektro-motoris termo "ang kecil. %ada penggunaan "ang

membutuhkan da"a tahan panas tinggi$ bahan tahanan harus dipilih "ang memiliki titik cair "ang

tinggi$ selain itu bahan tahanan. pada keadaan panas "ang tinggi tidak mudak dioksidir sehingga

menjadi berkarat.

1.2.4 JENIS ISOLATOR PADA SISTEM DISTRIBUSI

Bahan untuk membuat isolator "ang paling ban"ak digunakan pada sistem distribusi antara lain )

1. !solator elas

2. !solator *eramik

10


11/25

Berdasarkan fungsin"a isolator tediri dari 2 dua/ jenis "aitu )

1. !solator tumpu ) '"pe 8M dan '"pe &

2. !solator penegang ) '"pe (hanpignon dan '"pe fspan

0kuran isolator dan pemakaiann"a

&

o!solator '"pe

0kuran$ mmBera

t

0ntuk

*a+at

mm2

6 D

D

!d h f ri *g

1

2

3

4

5

?

@

'"pe 8M !

'"pe 8M !!

'"pe 8M !!!

'"pe & A5

'"pe & @

'"pe &

'"pe

champignon

'"pe

penegang "g

Dinormalisasi

r afspan

isolator/ D!&@2

14

1

@

A5

@5

14

5

@1

@

?

A5

@

12

12

5A

51

4

54

4

@2

A1

21

1?

11$

5

22

1A

1?

23

23

4A$

5

32

3

3@

31

25

4

3$

5

3

A

5

4

?$

5

12

@$

5

?

A

$A1

$45

$2

$55

$3

$13

$45

$55

5$?

1$25$3

5

$1

A5 sd

15

1 sd

?

sd 1

11


12/25

6al-hal "ang pelu diperhatikan pada +aktu pemeriksaan pemeliharaan isolator antara lain )

*ondisi fisik isolator

'empat kedudukan isolator

%engikatan ka+at pada isolator

(ross rm 're#erse

(ros arm berfungsi sebagi tempat dudukan isolator$ menerima beban tarikan atau tumpuan

dari penghantar sehingga sering kedudukann"a menjadi berubah$ memutar kesamping atau

miring ke ba+ah sehingga jarak antara penghantar dengan penghantar atau penghantar dengantiang menjadi berubah. ,alah satu akibat dari hal-hal ini adalah terjadi hubungan singakt antar

penghantar dengan penghantar atau penghantar dengan tiang.

0ntuk mencegah hal tersebut$ pemeliharaan terhadap tra#erse sangat diperlukan pemeliharaan

tersebut antara lain )

Memeriksa kekurangan mur baut pengikat tra#erse ketiang

Memeriksa keadaan pelat kelainan tra#erse atau palang pen"angga serta kekurangan

mur bautn"a

Memeriksa adan"a karat.

12


13/25

1.2.5 KEGAGALAN ISOLASI

*egagalan isolasi pada peralatan tegangan tinggi "ang terjadi pada saat peralatan sedang

beroperasi bisa men"ebabkan kerusakan alat sehingga kontin"uitas sistem menjadi terganggu. Dari

beberapa kasus "ang terjadi menunjukkan bah+a kegagalan isolasi ini berkaitan dengan adan"a

partial discharge. %artial discharge ini dapat terjadi pada material isolasi padat$ material ioslasi cair

dan juga material isolasi gas. Mekanisme kegagalan pada material isolasi padat meliputi kegagalan

asasi intrinsik/$ elektro mekanik$ streamer$ termal dan kegagalan erosi. %ada material isolasi gas

kegagalan terutama disebabkan oleh mekanisme 'o+nsend dan mekanisme streamer. ,edangkankegagalan pada material isolasi cair disebabkan oleh adan"a ka#itasi$ adan"a butiran pada 9at cair

dan tercampurn"a material isolasi cair.

*egagalan isolasi terdiri dari 3 macam "aitu )

*egagalan !solasi (air

*egagalan !solasi %adat

*egagalan isolasi as

1.2.6 MEKANISME KEGAGALAN ISOLASI CAIR

da beberapa alasan mengapa isolasi cair digunakan$ antara lain "ang pertama adalah isolasi cair

memiliki kerapatan 1 kali atau lebih dibandingkan dengan isolasi gas$ sehingga memiliki

kekuatan dielektrik "ang lebih tinggi menurut hukum %aschen. *edua isolasi cair akan mengisi

celah atau ruang "ang akan diisolasi dan secara serentak melalui proses kon#ersi menghilangkan

panas "ang timbul akibat rugi energi. *etiga isolasi cair cenderung dapat memperbaiki diri sendiriself healing/ jika terjadi pelepasan muatan discharge/. &amun kekurangan utama isolasi cair

adalah mudah terkontaminasi.

Beberapa macam faktor "ang diperkirakan mempengaruhi kegagalan min"ak transformator seperti

luas daerah elektroda$ jarak celah gap spacing/$ pendinginan$ pera+atan sebelum pemakaian

elektroda dan min"ak /$ pengaruh kekuatan dielektrik dari min"ak transformator "ang diukur serta

13


14/25

kondisi pengujian atau min"ak transformator itu sendiri juga mempengaruhi kekuatan dielektrik

min"ak transformator.

Berikut ini beberapa faktor "ang mempengaruhi mekanisme kegagalan "aitu )

Pa!"#$%

*etidak murnian memegang peranan penting dalam kegagalan isolasi. %artikel debu atau

serat selulosa dari sekeliling dielektrik padat selalu tertinggal dalam cairan. pabila

diberikan suatu medan listrik maka partikal ini akan terpolarisasi. :ika partikel ini memiliki

permiti#itas e 2 "ang lebih besar dari permiti#itas carian e 1$ suatu ga"a akan terjadi pada

partikel "ang mengarahkann"a ke daerah "ang memiliki tekanan elektris maksimumdiantara elektroda elektroda. :ika partikel tersebut lembab atau basah maka ga"a ini makin

kuat karena permiti#itas air tinggi. %artikel "ang lain akan tertarik ke daerah "ang

bertekanan tinggi hingga partikel partikel tersebut bertautan satu dengan lainn"a karena

adan"a medan. 6al ini men"ebabkan terbentukn"a jembatan hubung singkat antara

elektroda. rus "ang mengalir sepanjang jembatan ini menghasilkan pemanasan lokal dan

men"ebabkan kegagalan.

A"

ir "ang dimaksud adalah berbeda dengan partikel "ang lembab. ir sendiri akan ada dalam

min"ak "ang sedang beroperasidipakai. &amun demikian pada kondisi operasi normal$

peralatan cenderung untuk mambatasi kelembaban hingga nilain"a kurang dari 1 C. Medan

listrik akan men"ebabkan tetesan air "ang tertahan didalam min"ak "ang memanjang searah

medan dan pada medan "ang kritis$ tetesan itu menjadi tidak stabil. *anal kegagalan akan

menjalar dari ujung tetesan "ang memanjang sehingga menghasilkan kegagalan total.

G$%$&'()*

%ada gelembung dapat terbentuk kantung kantung gas "ang terdapat dalam lubang atau

retakan permukaan elektroda$ "ang dengan penguraian molekul molekul cairan

menghasilkan gas atau dengan penguatan cairan lokal melalui emisi elektron dari ujung

tajam katoda. a"a elektrostatis sepanjang gelembung segera terbentuk dan ketika kekuatan

kegagalan gas lebih rendah dari cairan$ medan "ang ada dalam gelembung melebihi

14


15/25

kekuatan uap "ang menghasilakn lebih ban"ak uap dan gelembung sehingga membentuk

jembatan pada seluruh celah "ang men"ebabkan terjadin"a pelepasan secara sempurna.

1.2.+.MEKANISME KEGAGALAN BAHAN ISOLASI PADAT

Bahan isolasi padat adalah bahan isolasi "ang berbentuk padat. da beberapa jenis bahan isolasi

padat seperti ) ka"u$ kertas$ mika$ porselin$ kaca$ sitol dll. Mekani sme *egagalan Bahan !s olas i

%adat Mempelajari kegagalan "ang terjadi pada benda padat adalah sangat penting. %ada benda

padat$ apabila terjadi kegagalan$ maka ia adalah kegagalan permanen$ karena ia termasuk bahan

"ang non-self restoring$ Mekanisme kegagalan pada material isolasi padat meliputi kegagalan asasi

intrinsik/$ elektro mekanik$ termal $kegagalan erosi dan streamer..0raian masing masing jeniskegagalan pada bahan isolasi padat adalah )

1.2.+.1 KEGAGALAN ASASI ,INTRINSIK

*egagalan asasi intrinsik/ adalah kegagalan "ang disebabkan oleh jenis dan suhu bahan dengan

menghilangkan pengaruh luar seperti tekanan$ bahan elektroda$ ketidakmurnian$ kantong kantong

udara. *egagalan ini terjadi jika tegangan "ang dikenakan pada bahan dinaikkan sehingga tekanan

listrikn"a mencapai nilai tertentu "aitu 1

#oltcm dalam +aktu "ang sangat singkat "aitu 1-@

detik

1.2.+.2 KEGAGALAN ELEKTROMEKANIK

*egagalan elektromekanik adalah kegagalan "ang disebabkan oleh adan"a perbedaan polaritas

antara elektroda "ang mengapit 9at isolasi padat sehingga timbul tekanan listrik pada bahan

tersebut. 'ekanan listrik "ang terjadi menimbulkan tekanan mekanik "ang men"ebabkan timbuln"a

tarik menarik antara kedua elektroda tersebut. %ada tegangan 1#oltcm menimbulkan tekanan

mekanik 2 s.d kgcm2. 'ekanan atau tarikan mekanis ini berupa ga"a "ang bekerja pada 9at padat

berhubungan dengan Modulus


16/25

Dengan rumus ,tark dan arton

)ga"a "ang bekerja pada 9at padat

D ) pertambahan panjang 9at padat

)panjang 9at padat)pertambahan 9at "ang dikenai ga"a

d)tebal 9at padat sebelum dikenai tegangan ;

d)tebal setelah dikenai tegangan ; dan e$ er )permiti#itas

:ika kekuatan asasi intrinsik/ tidak tercapai pada $ maka 9at isolasi akan gagal bila

tegangan ; dinaikkan lagi. :adi kekuatan listrik maksimumn"a adalah

16


17/25

1.2.+.3 KEGAGALAN THERMAL

*egagalan termal$ adalah kegagalan "ang terjadi jika kecepatan pembangkitan panas di suatu titik

dalam bahan melebihi laju kecepatan pembuangan panas keluar. kibatn"a terjadi keadaan tidak

stabil sehingga pada suatu saat bahan mengalami kegagalan. ambar kegagalan ini ditunjukkan

seperti )

Dalam hukum kon#ersi energi )

0E 01F02$ dimana )

0 )panas "ang dibangkitkan

01 )panas "ang disalurkan keluar

02)panas "ang menaikkan suhu bahan

atau dimana )

(# ) panas spesifik G k ) kondukti#itas termalG ) kondukti#itas listrik ) tekanan listrik.

%ada arus bolak balik terdapat hubungan langsung antara kondukti#itas dengan dengan frekuensi

dan permiti#itas. *arena adan"a faktor ini$ maka rugi rugi pada medan arus bolak balik lebih besar

dari arus searah. kibatn"a kuat gagal termal pada tegangfan ( lebih kecil daripda kuat gagal

termal medan arus D(. *uat gagal termal untuk medan bolak balik juga menurun dengan naikn"a

frekuensi tegangan

17


18/25

1.2.+.4 KEGAGALAN EROSI

*egagalan rosi$ adalah kegagalan "ang disebabkan 9at isolasi pada tidak sempurna$ karena adan"a

lubang lubang atau rongga dalam bahan isolasi padat tersebut. ubangrongga akan terisi oleh gas

atau cairan "ang kekuatan gagaln"a lebih kecil dari kekuatan 9at padat. ambar kegagalan isolasi

dan rangkaian eki#alenn"a ditunjukkan oleh gambar diba+ah ini)

MB8 *& !,>,! 8&*!& MB8 8>& !,>,!

*0!;& %D'

:ika tegangan ( "ang dikenakan tidak menghasilkan kegagalan$ maka bentuk gelombang "ang

terjadi pada rongga adalah ;1$ tetapi jika ;1cukup besar$ maka bisa terjadi kegagalan pada

tegangan ;1H. %ada saat terjadi lucutan dengan tegangan ;1H maka pada rongga tersebut terjadi busur

api. Busur api "ang terjadi diiringi oleh jatuhn"a tegangan sampai ;1I dan mengalirn"a arus. Busur

api kemudian padam. 'egangan pada rongga naik lagi sampai terjadi kegagalan berikutn"a pada

tegangan ;1H. 6al ini juga terjadi pada setengah gelombang negatif/ berikutn"a. 8ongga akan

melucut pada +aktu tegangan rongga mencapai -;1H. %ada +aktu gas dala rongga gagal$ permukaan

9at isolasi padat merupakan katoda - anodadengan bentuk "ang ditunjukkan seperti berikut)

18


19/25

MB8 B&'0* , DM 8>& ,' M&M! *&

Benturan elektron pada anoda mengakibatkan terlepasn"a ikatan kimia+i pada isolasi padat

tersebut. Demikian pula pemboman katoda oleh ion ion positif akan mengakibatkan kenaikan suhu

"ang men"ebabkan ketidakstabilan termal$ sehingga dinding 9at padat lama kelamaan menjadi

rusak$ rongga menjadi semakin besar dan isolasi menjadi tipis. 6ubungan antara tegangan lucutan

dan umur din"atakan dengan dimana ) ;i) tegangan dimana mulai terjadi lucutan$ ;a)

tegangan "ang diterapkan n ) nilai antara 3 dan 1 dan adalah konstanta.

1.2.+.5 KEGAGALAN STREAMER

*egagalan streamer adalah kegagalan "ang terjadi sesudah suatu banjiran a#alance/. ,ebuah

elektron "ang memasuki band conduction di katoda akan bergerak menuju anoda diba+ah pengaruh

medan memperoleh energi antara benturan dan kehilangan energi pada +aktu membentur. :ika

lintasan bebas cukup panjang maka tambahan energi "ang diperoleh melebihi pengionisasi latis

latice/. kibatn"a dihasilkan tambahan elektron pada saat terjadi benturan. :ika suatu tegangan ;

dikenakan terhadap elektroda bola$ maka pada media "ang berdekatan gas atau udara/ timbul

tegangan. *arena gas mempun"ai permiti#itas lebih rendah dari 9at padat sehingga gas akan

mengalami tekanan listrik "ang besar. kibatn"a gas tersebut akan mengalami kegagalan sebelum

9at padat mencapai kekuatan asasin"a. *arean kegagalan tersebut maka akan jatuh sebuah muatan

pada permukaan 9at padat sehingga medan "ang tadin"a seragam akan terganggu. Bentuk muatan

pada ujung pelepasan ini dalam keadaan tertentu dapat menimbulkan medan lokal "ang cukup

tinggi sekitar 1 M;cm/. *arena medan ini melebihi kekuatan intrinsik maka akan terjadi

kegagalan pada 9at padat. %roses kegagalan ini terjadi sedikit demi sedikit "ang dapat men"ebabkankegagalan total

19


20/25

1.2.8 MEKANISME KEGAGALAN ISOLASI GAS

%roses dasar dalam kegagalan isolasi gas adalah ionisasi benturan oleh elektron.

da dua jenis proses dasar "aitu )

%roses primer$ "ang memungkinkan terjadin"a banjiran elektron

%roses sekunder$ "ang memungkinkan terjadin"a peningkatan banjiran elektron

,aat ini dikenal dua mekanisme kegagalan gas "aitu )

Mekanisme 'o+nsend

Mekanisme ,treamer

1.2..1 MEKANISME KEGAGALAN TO/NSEND

%ada proses primer$ elektron "ang dibebaskan bergerak cepat sehingga timbul energi "ang cukup

kuat untuk menimbulkan banjiran elektron. :umlah elektron &e pada lintasan sejauh dJ akan

bertambah dengan d&e$ sehingga elektron bebas tambahan "ang terjadi dalam lapisan dJ adalah

d&e E a &e.dJ . 'ern"ata jumlah elektron bebas d&e "ang bertambah akibat proses ionisasi sama

besarn"a dengan jumlah ion positif d&Fbaru "ang dihasilkan$ sehingga d&e E d&FE a &e.t/.dtG

dimana )

a ) koefisien ionisasi 'o+nsend

d&F) junlah ion positif baru "ang dihasilkan

&e ) jumlah total elektron

;d) kecepatan luncur elektron

%ada medan uniform$ a konstan$ &e E &$ J E sehingga &e E &eaJ

:umlah elektron "ang menumbuk anoda per detik sejauh d dari katoda sama dengan jumlah ion

positif "aitu &FE &ea

J

20


21/25

:umlah elektron "ang meninggalkan katoda dan mencapai anoda adalah

1.2..2 MEKANISME KEGAGALAN STREAMER

(iri utama kegagalan streamer adalah postulasi sejumlah besar foto ionisasi molekul gas dalam

ruang di depan streamer dan pembesaran medan listrik setempat oleh muatan ruang ion pada ujung

streamer. Muatan ruang ini menimbulkan distorsi medan dalam sela. !on positif dapat dianggap

stasioner dibandingkan elektron-elektron "ang begerak cepat dan banjiran elektron terjadi dalam

sela dalam a+an elektron "ang membelakangi muatan ruang ion positif.

.

21


22/25

22


23/25

23


24/25

BAB II

PENUTUP

KESIMPULAN

Bahan !solator merupakan bahan dielektrik "ang mampu men"impan muatan dan

mempun"ai tahanan listrik "ang besar sehingga sulit melakukan perpindahan muatan listrik

'erdapat beberapa jenis bahan "ang dapat dibuat menjadi isolator

%adat

(air

as

%orselin

elas Dan *eramik

Bahan Kbahan "ang dipadatkan

Bahan Berserat

*aret dan bonit

%lastik

!solator harus mempun"ai beberapa sifat sehingga isolator itu dapat dikatakan la"ak dan

dapat digunakan "aitu )

,ifat *elistrikan

,ifat Mekanis

,ifat 'ermis

,ifat *imia

24


25/25

Bahan untuk membuat isolator "ang paling ban"ak digunakan pada jaringan distribusi

adalah isolator gelas dan isolator keramik. Dan berdasarkan fungsin"a isolator terdiri dari

dua jenis$ "aitu )

a. isolator tumpu

b. isolator penegang

*egagalan pada bahan isolasi meliputi dari 3 9at "aitu ) padat$cair dan gas dan terdapat

mekanisme kegagalann"a dari tiap-tiap tipe

*egagalan pada bahan isolasi padat meliputi ) kegagalan asasi

int rins ik/$ kegagalan elektromekanik$ kegagalan thermal$ kegagalan erosi dan kegagalan

streamer.

*egagalan pada bahan isolasi cair meliputi)

*eg ag a lan p a r t ik e l p ad a 9a t ca i r *egagalan gelembung ka#itasi/ "ang disebabkan oleh permukaan

elektroda "ang tidak merata$ adan"a tabrakan elektron$ penguapan cairan dan akibat

perubahan suhu dan tekanan.

Mekanisme kegagalan pada bahan isoalsi gas meliputi mekanisme kegagalan

'o+nsend dan mekanisme kegagalan ,treamer.

25

bahan isolator 1

Documents

Transcript of bahan isolator 1