Pemahaman Materi Zat Padat, Kristal,Ionik,Ikatan Logam, teori pita zat padat dan piranti Semikonduktor

Sandy Saputra Teknik Elektro Materi Fisika Modern

BAHAN ISOLASI BERSERAT Bahan Isolasi Berserat Bahan-bahan isolasi berserat sangat besar peran dan penggunaannya padateknik listrik. Dikatakan sebagai bahan berserat karena bahan-bahan ini terdiri dariserat-serat yang terpisah satu sama lain. Pada kebanyakan bahan ini (benang, kain, pita) struktur seratnya sangat mudahdilihat, sedangkan pada kayudan kertas,untuk memeriksa strukturnya perlu menggunakan mikroskop. Kelebihan bahan berserat adalah mempunyai fleksibilitas yang baik,kekuatan mekanis yang tinggi, mudah diproses dan murah harganya.

BAHAN ISOLASI BERSERAT Adapun kekurangannya adalah higroskopis dan tegangan tembusnya rendah. Untuk mengatasi hal tersebut, bahan-bahan berserat yang akan digunakan sebagai pengisolasi perlu diimpregnansi. Bahan berserat asli tergolong bahan isolasi kelasY, sedangkan bahan isolasi yang telah diimpregnansi menjadi kelas A.

Bahan Isolasi Berserat Bahan dasar yang dipergunakan untuk bahan berserat berasal dari tigamacam,yaitu tumbuh-tumbuhan, binatang, dan bahan tiruan (sintetis). Sebenarnya bahanini kurang baik sebagai bahan penyekat listrik karena sifatnya sangatmenyerapcairan,sedangkan cairan itu dapat merusak penyekat yang menyebabkan daya sekatnya menurun.

BAHAN ISOLASI BERSERAT Tetapi karena faktor-faktor lain seperti bahan yang berlimpahsehingga murahharganya,daya mekanisnya cukup kuatdan fleksibel,dan dengandisusun berlapis-lapisdan dicampur dengan zat-zattertentu untuk meningkatkandaya sekat, daya mekanisdan daya tahan panas,sehingga bahan berserat ini banyak dipakai sebagai penyekat listrik.

Macam-macam Bahan Isolasi Berserat Bahan isolator berserat mudah sekali kita dapatkan, karena bahan isolator berserat merupakan bahan bahan dari alam.

Bahan-bahan tersebut diambil dari alam, kemudian diproses dan dijadikan bahan isolator.Berikut adalah bahan yang termasuk bahan isolator berserat.

KAYU

Pada tahun-tahun yang silam, kayu banyak digunakan sebagai isolasi sejak perkembangan teknik listrik misalnya untuk tiang listrik, karena terdapat dimanamana dan harganya murah .Sekarang kayu banyakterdesak oleh besi, beton, dan bahan sintetis. Kelebihankayu adalah kekuatanmekanisnya cukup tinggitergantung dari macam dankerasnya kayudan tidak terlalu berat.

KAYU Kekuatantariknya berkisar antara 700 hingga 1300 kg/cm massa jenisnya berkisar antara0,5 hingga1 gr/cm, tetapi kelemahannya adalah menyerap air, dapat rusak karenahama dan penyakitserangga sehinggamudah rapuh. Supaya daya tahan lama,maka kayu harus diawetkan atau diimpregnansi lebih dahulu.

KAYU Cara mengimpregnansi kayu sebagai berikut :Bahan untuk mengimpregnansi antara lain minyak cat, minyak vernis yang dipanaskan hingga 120hingga 130C danga kayu yang di impregnansi dimasukkan kedalamnya. Selanjutnya didinginkan hingga suhu 60C dan kayudikeluarkan dari minyak. Kayu yang sudah dikeluarkan dari minyak .

KAYU selanjutnyadikeringkan dalam oven dengan suhu 110hingga 130C. Jika dilakukan dengan cat, impregnansi tanpa dilakukan pemanasan selama 5 hingga 8 jam pada suhu135C. Kayu yang telah diimpregnansi bertambah beratnya 70 hingga 80% disamping kekuatannya bertambah

KAYU Jika yang digunakan mengimpregnansi adalah vernis bakelit dengan kandungan alkohol 50%, benda yang sudah diimpregnansiharus dikeringkan pada suku 110hingga 130C, kemudian dicelupkan lagi kedalam bahan pengimpregnansi dan selanjutnya dikeringkan lagi dengansuhu 130hingga 135C. Kayu yang akan digunakan sebagai isolator selain diimpregnansi juga perlu diberiantiseptik agar tahan terhadap peluruhan dan dilapisi dengan antipirin agar tidak mudah terbakar.

Kertas atau karton merupakan bahan berserat yang seratnya pendek, kertasdan karton pada dasarnyaadalah selulosa(C6H10O5) atau asetat, dimana bahan ini adalah zat sel tumbuh-tumbuhanyang terdapat antara kulit dan batangnya.Selulosa ini berserat,fleksibel, lunak danmenyerap air, sedangkan bahan pembuatkertasnyadiambildari kayu, merang, rami,maju (sisa bahan tekstil), dan lainlain.Kertas yang terlalu kering atau lembab,

KERTAS

KERTAS kekuatan isolasinya berkurangkarena kertassangat menyerap cairan, sehingga untuk mengatasinya kertasdilapisi lak isolasi. Penggunaan kertas untuk isolasiselain sebagai pembalut lilitankawat dankumparan,juga untuk isolasikabel dan kondensator kertas.

KERTAS Untuk memenuhi tebal yangdiharapkan kertas dibuat berlapis-lapis.Kertas yangdigunakan untuk bahan isolasi selulosa digodok dengan senyawa alkali. Sifat dariselulosa alkali dibanding dengan kertas biasa adalah secara mekanis lebih kuatdan lebih tahan terhadap panas.Pemakaian kertas atau karton untuk bahan isolasi listrik antara lain sebagai : Bahan isolasi kabel Kertas telepon Penyaring minyak transformator Kertas kapasitor (dielektrik)

KERTAS Adapula jenis kertas yang lain yaitu kertas mika. Kertas ini dibuat dari serat katunatau jenis lain dari substansi tumbuhan serat panjang.Kekuatan tarik kertas ini kearanh memanjang lebih besar daripada kearahmelebar. Banyak digunakan untuk memperkuat pita kertas dengan caramengelemkannya.Kertas mika juga diperkuat dengan vernis.

Pembuatan Kertas Untuk Bahan Isolasi Kertas atau karton adalah termasuk bahan berserat yang seratnya pendek. Kertas dan karton pada dasarnya adalah selulose (C6H10O5) atau asetat. Dibuat dari merang atau bambu atau kayu menggunakan proses kimia dengan cara menjadikannya bubur kertas (pulp) terlebih dahulu. Untuk mendapatkan selulose murni, pulp digodok dalam suatu tangki bersama-sama dengan bahan kimia khusus yang terdiri dari senyawa asam dan sentawa basa, diaduk untuk mendapatkan campuran yang larut didalam air. Sedangkan selulosenya sendiri tidak larut. Selulose inilah yang selanjutnya digunakan menjadi kertas atau karton.

Pembuatan kertas bahan isolasi Kertas yang digunakan untuk bahan isolasi selulosenya digodok dengan senyawa alkali. Sifat dari selulose alkali dibanding dengan kertas biasa adalah secara mekanis lebih kuat dan lebih tahan terhadap panas. Pemakaian kertas atau karton untuk bahan isolasi listrik antara lain sebagai : a. bahan isolasi kabel b. kertas telepon c. penyaring minyak transformator d. kertas kapasitor (dielektrik

Perkembangan Penggunaan Kertas Sebagai Bahan Isolasi Listrik Sampai saat ini, kertas yang dicelup dengan minyak merupakan jenis isolasi yang terbanyak dipakai pada kabel-kabel tegangan tinggi. Pada umumnya isolasi kertas yang dicelup minyak dapat mencapai umur sampai 30 tahun tanpa perawatan, murah biayanya dan mudah memasangnya. Konduktivitas thermal pada kertas adalah hanya 0,18 W / cm, sehingga pada penghantar yang naik suhu kerjanya, kemampuan penyaluran listriknya juga akan naik, bersamaan dengan membaiknya kemampuan memancarkan panas.

Kemunduran Isolasi Kertas Akibat Suhu Kertas dihasilkan dari bahan selulose yang secara kimia terdiri dari rangkaian cincin-cincin glukosa. Ketika glukosa mengalami pemanasan tinggi kekuatan mekanis kertas dikurangi oleh penyusutan rangkaian. Hal ini disertai oleh pembebasan air. Adanya kelembaban mempercepat tingkat pembusukan kimia dan pengurangan kekuatan mekanisnya. Kemunduran akibat panas dan dielektris ditunjukkan oleh pemendaman umumnya. Dalam suatu percobaan ditunjukkan bahwa umur yang diharapkan dari isolasi kertas adalah fungsi dari suhu dan waktu.

Kemunduran Isolasi Kertas Akibat Suhu Percobaan itu juga menunjukkan bahwa tingkat kerusakan kertas kabel dapat diukur. Kerusakan tersebut tidak begitu berarti pada 1000 C tetapi cukup besar pada 1200 C. Suhu tertinggi yang diijinkan agar kabel dapat dipakai tak terbatas dan mengikuti aturan nilai terdahulu bila mekanisme kegagalan kabel dapat dihapuskan. dalam keadaan tertentu secara ekonomis dapat dibenarkan untuk membebani kabel pada suatu umur yang direncanakan

Bahan Isolasi Dari Tekstil Tekstil termasuk bahan yang mempunyai serat yang cukup panjang. Tekstilsecara mekanis adalah kuat khususnya untuk mengikat dan tidak terjadi penyusutan yang berarti jika terkena lembab. Namun tegangan tembusnya lebihrendah dibanding kertas.

BAHAN ISOLASI DARI TEKSTIL Dengan menenun benang menjadi tekstil (pita dan kain dengan berbagaimacam corak,ukuran dan kualitas) maksudnya adalah untuk memperoleh penyekat yang lebih baik,yaitu : pertama lebih kuat, dan kedua dalam beberapa halmempermudah teknispelaksanaan (membalut lilitan penyekat kawat).

BAHAN ISOLASI TEKSTIL Selaintekstil dari kapas, ada juga sutra yang digunakan sebagai bahan islasi namunharganya cukup mahal. Kemudian juga terdapat bahan isolasi yang terbuat dariserat tumbuh-tumbuhan yang dikenal dengan namalena (linnen). Bahan ini lebihkuat daripada kertas. Pada tekstil ini ada yang terbuat daribahan tiruan (sintetis),dimana bahan ini digunakan dalam bidang kelistrikan sebagai penyekat kawat-kawat lilitanmesin listrik, pengikat, dan sebagainya.

BAHAN ISOLASI TEKSTIL Karena sifat tekstil ini dapatmenyerap cairan,maka untuk memperbaiki daya sekatnya dilapisi atau dicelup kedalam cairan lakpenyekat.Selain itu ada beberapa keuntungan dari tekstil sintetis ini, yaitu kekuatan mekanis, elastisitas, dan ketahanan terhadap panas yang tinggi,higroskopisitas rendah, den lebuh stabil terhadap pengaruh kimia. Serat sintetis yang paling penting diantaranya adalah serat poliamid (yaitunilon, kapron, silon, dederon), serat poliester (yaitu lavsan, terilin, tetron, dakron),serat-serat yang dibuat dari polistrin, pvc atau politetrafluoroethilen.Berikut iniadalah tabel perbandingan antara lavsan, kapron, dan sutera.

Sifat-sifat utama

lavsan

kapron

Sutera alam

1.Panjang pemutusan dalam keadaankering (km) 2.Pengurangan kekuatan mekanis dalamkeadaan basah (%) 3.Pengurangan kekuatan mekanis setelah3 jam pada suhu 190C (%) 4.Pemuluran dalam keadaan kering (%) 5.Massa jenis (g/cm) 6.Persentase kelembaban padakelembaban relatif 65%

40 500

40 50

32 36

10

15

1

48

53

20 25

20 25

17 18

1,380,5

1,143 ,

1,37

4 4

11

BAHAN ISOLASI TEKSTIL Dari data di atas dapat dilihat bahwa kapron lebih ekonomis daripada sutera alam,karena kapron lebih tipis, lebih ringan dibanding sutera alam.Suatu hal yang perlu diperhatikan pada bahan berserat yaitu panjang pemutusan (rupture-length). Panjang pemutusan adalah panjang rentangan suatu bahan yang menyebabkan bahan tersebut patah atau putus secara mendadak disebabkan oleh berat benda itu sendiri.Besarnya panjang pemutusan adalah :1000 L = ps x f : 1000 L= panjang pemutus (m) Ps=kuat tarik pemutus (gr) f = faktor

BAHAN ISOLASI TEKSTIL Besarnya faktor ( f ) merupakan perbandingan panjang bahan terhadap beratnya, persamaannya adalah : f=l:G l= panjang bahan (m) G= berat bahan (gr)Di beberapa negara ketebalan sutera dan bahan-bahan sintetis dinyatakan denganTiter, yaitu berat bahan-bahan sintetis delam gram setiap panjang bahan 9000meter. Dengan demikian hubungan Titer (T) dengan faktor (f) adalah : f x t = 9000 Dari sini tampak bahwa makin besar Titer suatu bahan , maka makin tebal bahantersebut. Diantara bahanbahan yang digunakan pada teknik listrik adalah sebagai berikut

Nama bahanA.Katun : 1.Chifton 2.Cambric 3.Cambric muslin dan calico kasarB.Sutera : 1.Florentin 2.Flourard C.Pita Katun : 1.Plester 2.Calico 3.Cambric

Tabel (mm)0,15 0,12 0,4

0,08 0,07

45=0,02 0,22=0,02 0,12=0,01

Bahan Berserat Anorganik Salah satu bahan berserat anorganik adalah ketahanannya terhadap panaslebih tinggi. Jenis bahan isolasi berserat ada 2, yaitu asbes dan fiberglass. Terdapat beberapa macam asbes yang mempunyai komposisi kimia yang berbedaKristolin atau serpentin dengan komposisi kimia 3Mg2SiO22H2O adalah jenisasbes yang paling umum digunakan sebagai bahan isolasi

Asbes dapat diperoleh dari batu-batuan yang merupakan jalur kecil yangterdiri atas kumpulan serat yang paralel satu sama lain. Panjang serat-serat tersebuttergantung ukuran jalurnya yang berkisar antara satu hingga beberapa sentimeter. Makin panjang serat suatu asbeb, makin tinggi mutunya dan makin mahalharganya.Pada suhu 300hingga 400C, asbes dianggap tidak terjadi perubahan,tetapi pada suhu yang lebih tinggi lagi kandungan airnya akan hilang dankekuatan mekanisnya akan menurun.

BAHAN ISOLASI ANORGANIK Hal yang menyebabkan asbes tahan terhadap suhu tinggi adalah karena pori-porinya mudah dimasuki udara sehingga konduktivitas panasnya rendah.Asbes akan meleleh pada suhu 1150. Bahan-bahan asbes tidak digunakan di atas1000 volt karena kemampuan isolasinya jelek.

BAHAN ISOLASI BERSERAT Kelebihan dari bahan berserat adalah mempunyai fleksibilitas yang baik, kekuatan mekanis yang tinggi, mudah diproses dan murah harganya. Adapun kekurangannya adalah higroskopis dan tegangan tembusnya rendah. Jenis-jenis bahan isolasi berserat: Kayu Kertas Tekstil

BAHAN ISOLASI BERSERAT Akhir-akhir ini banyak tekstil sintetis yang digunakan sebagai bahan isolasi karena mempunyai beberapa keuntungan antara laian: kekuatan mekanis, elastisitas, dan tahan panas yang tinggi , higroskopisitas rendah dan

BAHAN ISOLASI BERSERAT lebih stabil terhadap pengaruh kimia. Serat sintetis diantanya adalah poliamid (nilon, kapron, silon, dedron), serat polyester (lavsan, terilin, tetron, dakron), seratpolistirin (PVC). Bahan berserat anorganik : Asbes dan Fiberglass