bahan isolator 1
TRANSCRIPT
-
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
-
8/9/2019 bahan isolator 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 -
8/9/2019 bahan isolator 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
-
8/9/2019 bahan isolator 1
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
-
8/9/2019 bahan isolator 1
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
-
8/9/2019 bahan isolator 1
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
-
8/9/2019 bahan isolator 1
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
-
8/9/2019 bahan isolator 1
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.
-
8/9/2019 bahan isolator 1
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
-
8/9/2019 bahan isolator 1
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
-
8/9/2019 bahan isolator 1
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
$1
A5 sd
15
1 sd
?
sd 1
11
-
8/9/2019 bahan isolator 1
12/25
6al-hal "ang pelu diperhatikan pada +aktu pemeriksaan pemeliharaan isolator antara lain )
*ondisi fisik isolator
'empat kedudukan isolator
%engikatan ka+at pada isolator
(ross rm 're#erse
(ros arm berfungsi sebagi tempat dudukan isolator$ 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
-
8/9/2019 bahan isolator 1
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
-
8/9/2019 bahan isolator 1
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
-
8/9/2019 bahan isolator 1
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
-
8/9/2019 bahan isolator 1
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
-
8/9/2019 bahan isolator 1
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
-
8/9/2019 bahan isolator 1
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
-
8/9/2019 bahan isolator 1
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
-
8/9/2019 bahan isolator 1
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
-
8/9/2019 bahan isolator 1
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
-
8/9/2019 bahan isolator 1
22/25
22
-
8/9/2019 bahan isolator 1
23/25
23
-
8/9/2019 bahan isolator 1
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
-
8/9/2019 bahan isolator 1
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