PENDAHULUAN
1.
Maksud dan
Tujuan
Bahan
isolator adalah bahan yang sukar atau tidak dapat sama sekali menghantarkan
aliran listrik. Sangat baik bila dipakai untuk menyekat atau mengisolasi bahan
penghantar atau memisahan bagian-bagian yang bertegangan atau bagian-bagian
yang aktif. Sehingga untuk
bahan isolator ini perlu diperhatikan mengenai sifat-sifat dari bahan tersebut,
seperti sifat listrik, sifat mekanis, sifat termal , ketahanan terhadap
bahan-bahan kimia dan lain-lain.
1)
Sifat listrik
Yaitu suatu bahan yang mempunyai tahanan jenis
listrik yang besar agar dapat mencegah terjadinya rambatan atau kebocoran arus
listrik antara hantaran yang berbeda tegangan atau dengan tanah.
2)
Sifat Mekanis
Mengingat sangat luasnya pemakaian bahan isolator, maka perlu dipertimbangkan kekuatannya
supaya dapat dibatasi hal-hal penyebab kerusakan karena akibat salah pemakaian.
Misal memerlukan bahan yang tahan terhadap tarikan, maka dipilih bahan dari
kain bukan dari kertas karena lain lebih kuat daripada kertas.
3)
Sifat Termis
Panas yang timbul pada bahan akibat arus listrik
atau arus gaya magnit berpengaruh kepada isolator termasuk pengaruh panas dari luar sekitarnya.
Apabila panas yang terjadi cukup tinggi, maka diperlukan pemakaian isolator yang tepat agar panas tersebut tidak
merusak isolatornya.
4)
Sifat Kimia
Akibat panas yang cukup
tinggi dapat mengubah susunan kimianya, begitu pula kelembaban udara atau basah
disekitarnya. Apabila kelembaban dan keadaan basah tidak dapat dihindari, maka
harus memilih bahan isolator yang tahan air, termasuk juga kemungkinan adanya
pengaruh zat-zat yang merusak seperti : gas, asam, garam, alkali, dan
sebagainya.
2. Bentuk
Isolator
Bentuk isolator menyerupai
dengan bentuk benda pada umumnya, yaitu: padat,
cair, dan gas sesuai
dengan kebutuhannya.
a.
Isolator
bentuk padat
Beberapa
macam isolator bentuk padat sesuai
dengan asalnya, diantaranya:
a)
Bahan
tambang, seperti: batua pualam, asbes, mika, mekanit, mikafolium, mikalek, dan sebagainya.
b)
Bahan
berserat, seperti: benang, kain, (tekstil), kertas, prespan, kayu, dll.
c)
Gelas
dan keramik
d)
Plastik
e)
Karet,
bakelit, ebonit, dan sebagainya,
f)
Bahan
-bahan lain yang dipadatkan.
b.
Isolator
bentuk cair
Isolator dalam bentuk cair ini yang paling banyak
digunakan adalah minyak transformator dan
macam-macam minyak hasil bumi.
c.
Isolator
bentuk gas
Isolator dalam bentuk gas ini dapat dikelompokkan
ke dalam : udara dan gas-gas lain,
seperti : Nitrogen, Hidrogen dan Carbondioksida (CO2), dan lain-lain.
3.
Pembagian Kelas Bahan Isolator
Berdasarkan suhu
maksimum yang diizinkannya, maka bahan isolator listrik dapat dibagi menjadi :
Kelas
|
Maksimum
Temperatur ( 0C )
|
Y
A
E
B
F
H
C
|
90
150
120
130
155
180
180 ke atas
|
1)
Kelas Y
Yang termasuk
dalam kelas ini adalah bahan berserat organis (seperti kertas, karton, katun, sutera, dan sebagainya) yang
tidak dicelup dalam bahan pernis atau bahan pencelup laiinya. Termasuk juga bahan termoplastik
yang dapat lunak pada suhu rendah.
2)
Kelas A
Yaitu bahan
berserat dari kelas Y yang telah dicelup dalam pernis atau kompon atau yang terendam dalam cairan dielektrikum
(seperti isolatorfiber pada transformator yang
terendam minyak). Bahan -bahan ini adalah katun, sutera, dan kertas yang telah dicelum, termasuk kawat email (enamel)
yang terlapis damar-oleo dan daman polyamide.
3)
Kelas E
Yaitu bahan isolator kawat enamel yang memakai bahan pengikat
polyvinylformal, polyurethene dan damar
epoxy dan bahan pengikat lain sejenis dengan bahan selulosa, pertinaks dan tekstolit, film triacetate,
film dan serat polyethylene terephthalate.
4)
Kelas B
Yaitu bahan bukan organik
(seperti : mika, gelas, fiber, asbes) yang dicelup atau direkat
menjadi satu dengan pernis atau kompon, dan biasanya tahan panas (dengan dasar minyak
pengering, bitumin sirlak, bakelit, dan sebagainya).
5)
Kelas F
Yaitu bahan bukan organik yang dicelup atau
direkat menjadi satu dengan eposide, polyurethane atau pernis lain yang tahan
panas tinggi.
6)
Kelas H
Yaitu semua bahan komposisi bahan
dasar mika, asbes dan gelas fiber dicelup dalam silikon dan
tidak mengandung sesuatu bahan organis seperti kertas, katun dll.
7)
Kelas C
Yaitu bahan bukan organik yang tidak dicelup dan
tidak terikat dengan zat-zat organik,
seperti : mika, mikanit, yang tahan panas (menggunakan bahan pengikat bukan organik), mikalek, gelas dan bahan
keramik. Hanya satu bahan organis saja yang
termasuk kelas C yaitu polytetrafluoroethylene (teflon).
PEMBAHASAN
Ada beberapa bahan isolator padat yang dikenal dalam
bidang kelistrikan. Bahan-bahan tersebut antara lain:
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 :
1) Batu
pualam, yaitu batu kapur (CaCo3) atau dolomit
merupakan bongkahan batu besar yang dipotong-potong menjadi lempengan tebal
dengan ukuran tertentu.
2) Asbes,
yaitu bahan berserat, tidak kuat dan mudah putus, dan sebenarnya kuat baik
digunakan untuk isolator listrik..
3) Mika,
yaitu mempunyai sifat-sifat
teknis yang baik, sehingga banyak digunakan sebagai bahan isolator.
4) 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.
5) 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.
6) 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.
7) 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.
8)
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 :
1)
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.
2)
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.
3)
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.
4)
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.
5)
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.
6)
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.
7)
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.
8)
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
1) 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.
2) 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:
1) Thermoplastik. Bahan ini pada suhu
600C sudah menjadi lunak, dan pemanasan sampai mencair tidak merubah struktur
kimiawi
2) 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.
Karet, Ebonit dan Bakelit
1)
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.
2)
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.
3)
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.
6.
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).
7.
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.
8.
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.
Description: TUGAS ILMU BAHAN ( BAHAN ISOLATOR PADAT)
Rating: 4.5
Reviewer: Unknown -
ItemReviewed: TUGAS ILMU BAHAN ( BAHAN ISOLATOR PADAT)