Bahan Isolator (Insulator)

Bahan Isolator (Insulator)

Bahan isolator adalah bahan non metal dan mernpunyai koefisien temperatur tahanan negatif. Bahan ini sangat penting terutama untuk mencegah terjadinya loncatan listrik karena perbedaan tegangan yang ada. Hampir semua peralatan listrik menggunakan bahan isolator terutama dalam pemasangannya. Tahanan isolasi dipengaruhi oleh :

1. Temperatur, jika temperatur naik maka tahanan isolasinya akan turun.
2. Kelembaban, tahanan bahan isolasi akan turun pada daerah yang mempunyai kelembaban yang tinggi.
3. Tegangan yang digunakan. Jika tegangan yang dinaikkan maka tahanan isolasinya akan turun.
4. Umur bahan, tahanan isolasi akan turun jika bahan sudah lama dipakai atau disimpan.

1. Sifat Kelistrikan Pada Isolator

Sifat-sifat kelistrikan pada isolator yang hamu diperhatikan adalah :

1. Tahanan Isolasi

Konsep tahanan isolasi pada isolator sama dengan pada konduktor yaitu :

......................................................................................(2.22)

Dalam hal ini : R = Hambatan konduktor dalam Ω

ℓ = Panjang konduktor dalam meter

A = Adalah luas penampang konduktor dalam m² (jika
konduktor silinder A = πr²)

ρ = Adalah resistivitas Ω/m

Oleh karena tahanan bahan isolasi umumnya sangat besar maka apabila suatu arus lewat bahan isolasi maka arus tersebut akan melewati dua tahanan isolasi yaitu :

1. Tahanan Volume

..........................................................................(2.23)

Dimana ρ_V adalah resistivitas volume.

2. Tahanan Permukaan

..........................................................................(2.24)

Dimana ρ_S adalah resistivitas permukaan

X adalah penjang arus pada bahan

Y adalah lebar bahan

Jadi tahan isolasi sebuah isolator adalah :

..........................................................................(2.25)

Berikut ini adalah tabel yang menunjukan resistivitas volume dan resistivitas permukaan bahan isolator.

Tabel. Daftar Nilai Resistivitas Bahan Isolator

No.	Nama Bahan	ρV (Ω-m)	ρS (Ω)
			Kelembaban 50%	Kelembaban 90%
1.	Kayu	4.1013	4.1012	7.109
2.	Mica	2. 1017	2. 1013	8. 109
3.	Gelas (kaca)	2. 1013	5. 1010	2. 106
4.	Porselin	3. 1014	6. 1011	5. 106
5.	Belerang	1. 1017	7. 1015	1. 1014
6.	Karet Keras	1. 1018	3. 1015	2. 109
7.	Marble	1. 1011	3. 109	2. 106

2. Dielectric Strength

Setiap peralatan listrik direncanakan untuk bekerja pada range tegangan tertentu. Jika batas tegangan yarg diijinkan dilewati maka peralatan tersebut akan meledak. Batas tegangan tersebut dinamakan breakdown voltage atau dielectric strength. Breakdown voltage biasanya dinyatakan dalam kV/cm atau V/cm, jadi dinyatakan dalam satuan tegangan/satuan tebal. Misalnya breakdown voltage udara adalah 2 kV/mm artinya setiap mm udara dapat menahan tegangan maksimum 2 kV. Pemilihan isolator harus hati-hati dengan mempertimbangkan besarnya breakdown voltage, BV yang besar dapat menghemat investasi.

Factor-faktor yang mempengaruhi dielectric strength adalah:

1. Temperatur, pada umumnya bahan isolator akan turun dielectric strengthnya apabila temperaturnya naik. Tetapi untuk minyak trafo agak bervariasi.
2. Kelembaban, breakdown voltage bahan isolator akan turun jika kelembabannya bertambah besar, sehingga bahan isolator membutuhkan peralatan pengering udara seperti silicagel pada minyak trafo.

Berikut ini adalah contoh breakdown voltage beberapa bahan isolator:

- Porselin 1,5 s/d 16 kV/mm

- Mica 80 kV/ mm

- Asbes 3,5 s/d 4kV/mm

- Karet alam 24 kV/mm

- Karet sintetis 4 s/d 44 kV/mm

- Minyak trafo 10 s/d 25 kV/mm

3. Konstanta Dielectric/Permitivity/Capasitivity

Setiap bahan isolator mempunyai sifat menyimpan muatan Q jika diberikan tegangan pada bahan tersebut. Muatan Q sebanding dengan tegangan yang dipasang, jadi :

Q ~ V

Q = C.V ......................................................................................(2.26)

Dengan C adalah kapasitansi dan setiap bahan merniliki kapasitansi yang berbeda, perbedaan mi disebabkan oleh permitivity yang berbeda pada setiap bahan dan hubungannya ditunjukkan oleh persamaan berikut :

......................................................................................(2.27)

dimana : E adalah permitivitas bahan isolator dalam F/m

A adalah luas permukaan bahan isolator

D adalah jarak antara kedua permukaan

Permitivitas dinyatakan dalam satuan farad/m dan sebagai standar satuan permitivitas diukur dalam vakum (ruang hampa). Besarnya permitivitas dalam hampa adalah 8,854 . 10^-12 F/m.

Kerapatan fluk listrik pada isolator dinyatakan dalam persamaan

D = εE ......................................................................................(2.28)

ε = ε_o ε_r

dimana : D adalah kerapatan fluk listrik dalam C/m²

ε_r adalah permitivitas relatif bahan isolator

Adapun faktor-faktor yang mempengaruhi permitivitas adalah :

1. Frekuensi tegangan yang digunakan
2. Temperatur dan bahan dielectric
3. Kelembaban
4. Tekanan pada bahan dielectric
5. Tegangan yang digunakan dalam dielectric
6. Hubungan antar permitivitas seri, paralel atau compound.

4. Dielectric Los

Jika arus bolak-balik melewati bahan isolator atau dielectric maka akan diserap oleh bahan tersebut dan didisipasikan ke dalam bentuk panas. Disipasi energi ini yang disebut dielectric loss. Dalam bahan dielectric yang sempurna, dielectric loss tidak ada dan arus yang meninggalkan tegangan dengan sudut 90°. Tetapi dalam kenyatannya selalu ada dielectric loss dan arus tidak membuat sudut 90° dengan tegangan. Sudut yang terjadi sebesar δ yang kemudian disebut sudut dielectric loss. Besar sudut tersebut dapat dilihat pada gambar berikut :

Nilai dielectric loss adalah :

P = V . I_a I_a = I_c tan δ

= V . I_c tan δ I_c = V/X_c dan X_c = 1/2πfC

Faktor-faktor yang mempengaruhi dielectric loss adalah :

1. Tegangan, jika tegangan naik maka dielectric loss juga naik.
2. Frekuensi, jika frekuensi naik maka dielectric loss juga naik.
3. Temperatur, semakin tinggi temperatur dielectric loss makin tinggi.
4. Kelembaban, kelembaban tinggi menyebabkan dielectric loss tinggi juga.

Sumber :  http://www.teknik-elektro.org/2012/05/bahan-isolator-insulator.html