buku_pegangan kuliah bbl
DESCRIPTION
bahan-bahanTRANSCRIPT
BAB 1. PENDAHULUAN
1.1. Tujuan Mata Kuliah
Bahan - bahan listrik adalah semua bahan di bumi yang dapat digunakan di bidang
listrik.
Tujuan dari mata kuliah bahan - bahan listrik adalah memberikan bekal kepada
tenaga ahli listrik untuk mengenal dan mengetahui jenis, sifat , dan kegunaan
berbagai bahan - bahan listrik dari aspek teknik ( mekanik, elektrik, thermal, kimia,
magnetik, dan kemudahan dikerjakan/ diperbaiki ), maupun dari aspek non - teknik
( ekonomi, kemudahan diperoleh ). Setelah menempuh mata kuliah bahan - bahan
listrik maka sebagai seorang ahli listrik harus mampu memilih dengan tepat bahan -
bahan listrik sesuai dengan keperluan / penerapan di bidang listrik, dan dapat
dipertanggungjawabkan.
1.2. Teori Atom
Wujud Bahan Bahan Listrik adalah padat, cair, dan gas.
Bahan Bahan Listrik terdiri dari molekul - molekul yang tersusun atas atom – atom.
Inti atom berupa proton dan neutron.
Proton bermuatan positip. Neutron tidak bermuatan.
Inti atom dikelilingi oleh elektron – elektron.
Elektron bermuatan negatip.
Jumlah proton sama dengan jumlah elektron sehingga atom netral.
Elektron mengorbit mengitari inti atom secara bertingkat dengan energi tertentu.
Untuk berpindah orbit, elektron memerlukan energi dari luar.
Dibutuhkan energi terbesar bagi elektron untuk berpindah dari orbit yang paling
dekat dengan inti atom.
Jumlah elektron di setiap orbit mengikuti rumus 2 n ².
Orbit ke 2 (L) memuat 2 (2) ² atau 8 buah elektron.]
Struktur Atom.
Hidrogen (H) diberi nomor atom (NA) = 1, hanya ada 1 buah elektron yang
mengorbit pada 1 buah proton.
1
Oksigen (O) NA = 8 , ada 8 buah elektron yang mengorbit pada 8 buah proton dalam
struktur ( 2 , 6 ).
Tembaga (Cu) NA = 29, ada 29 buah elektron dalam struktur ( 2, 8, 18, 1 )
Aluminium (Al) NA = 13, ada 13 buah elektron d l m struktur ( 2, 8, 3 )
Elektron Valensi
Elektron valensi adalah elektron pada orbit yang paling luar.
Unsur adalah stabil bila jumlah elektron valensi sebanyak 8 buah, misal : Argon(A),
Neon(Ne).
Arus listrik adalah perpindahan elektron valensi oleh energi dari luar seperti : beda
potensial listrik, cahaya matahari, dan sebagainya.
Ikatan Atom
Ikatan Metalik adalah ikatan atom - atom dari satu unsur dengan 1 s/d 3 buah
elektron valensi , misal : Cu (2, 8, 18, 1), Al (2, 8, 3), Ag (2, 8, 18, 18, 1).
Ikatan Kovalen adalah ikatan atom-atom dari satu unsur dengan 4 buah elektron
menuju stabil ( = 8 buah ), misal : Ge (2, 8, 18, 4) , Si (2, 8, 4).
Ikatan Ionik adalah ikatan atom - atom dari unsur berbeda yang saling memberi dan
menerima elektron membentuk ion, misal : Na (2, 8, 1) + Cl (2, 8, 7) Na + Cl.
1.3. Kelasifikasi Bahan Listrik
Bahan listrik diklasifikasikan menjadi 6 macam yaitu : konduktor, semi- konduktor,
isolator, dielektrik, magnet, dan konverter energi.
Konduktor adalah bahan listrik yang memerlukan energi kecil untuk melepaskan
elektron valensi, misal : logam (tembaga, aluminium, besi), asam/ garam ( H2SO4,
NaOH )
Semi konduktor adalah bahan listrik yang memerlukan energi agak besar untuk
melepaskan elektron valensi, misal : Silikon, Germanium.
Isolator adalah bahan listrik yang memerlukan energi besar untuk melepaskan
elektron valensi, misal : padat (karet, mika, porselain, plastik, kayu ), cair ( minyak
trafo), gas ( freon, SF6 , nitrogen).
2
Dielektrik adalah bahan listrik yang dapat menyimpan energi listrik untuk perbaikan
faktor daya, misal : kondensator elektrolit.
Magnet adalah bahan listrik yang mengandung / dapat dibuat/ dipengaruhi magnet,
misal : besi/ baja, nikel, kobalt.
Konverter energi adalah bahan listrik yang dapat mengubah bentuk energi tertentu
menjadi bentuk energi lain, misal : sel surya, batere kering , magneto hydro dinamik
( MHD ).
Rangkuman
Bahan listrik berwujud padat, cair, dan gas yang terdiri dari molekul- molekul yang
tersusun atas atom- atom.
Inti atom dikelilingi elektron- elektron yang bermuatan negatip.
Elektron pada orbit yang paling luar disebut elektron valensi.
Arus listrik adalah perpindahan elektron valensi.
Bahan listrik diklasifikasikan menjadi 6 macam yaitu : konduktor, semi- konduktor,
isolator, dielektrik, magnet, dan konverter energi.
Contoh Soal :
1) Sebutkan 3 macam ikatan atom.
Jawab : Ikatan metalik, kovalen dan ionik.
2) Sebutkan 3 jenis bahan listrik.
Jawab : konduktor, semi konduktor , dan isolator.
3) Jelaskan yang disebut elektron valensi.
Jawab : elektron valensi adalah elektron yang berada pada kulit orbit terluar
yang berperan penting sebagai aliran arus listrik.
Soal Latihan :
1) Apakah tujuan belajar mata kuliah bahan – bahan listrik ?
2) Menurut struktur ikatan atom , jelaskan klasifikasi bahan listrik.
3) Sebutkan perbedaan antara konduktor dan semi konduktor.
4) Tuliskan 6 macam bahan listrik.
3
BAB 2. KONDUKTOR
2.1. Konduktivitas dan Resistivitas
Konduktor adalah bahan listrik yang mudah menghantarkan listrik dengan rugi
sekecil mungkin.
Konduktansi (G) adalah kemampuan bahan listrik dalam menyalurkan listrik
Konduktivitas (σ) adalah nilai konduktansi bahan listrik pada satuan panjang ( l )
dan luas penampang (A).
Resistansi (R) adalah kemampuan bahan listrik menghambat arus listrik.
Resistivitas (ρ) adalah nilai resistansi bahan listrik pada satuan panjang ( l ) dan luas
penampang (A).
2.2. Peningkatan daya hantar dan daya hambat
Hambatan atau resistansi (R) dari bahan listrik adalah sebanding dengan panjangnya
( l ) dan resistivitasnya ( ρ ) serta berbanding terbalik dengan luas penampangnya
( A ).
R = ρ l / A …………………………. ( 1 )
Keterangan :
R = hambatan bahan (Ω)
ρ = resistivitas bahan
l = panjang bahan ( m )
A = luas penampang bahan ( mm² )
Menurut rumus ( 1 ) bahwa kemampuan hambat atau daya hambat dari bahan listrik
dapat ditingkatkan dengan memperpanjang bahan itu atau dengan memperkecil luas
penampangnya.
Hantaran atau konduktansi ( G ) dari bahan listrik adalah berbanding terbalik dengan
resistansi ( R ), sehingga konduktivitasnya ( σ ) berbanding terbalik dengan
resistivitasnya ( ρ ).
G = 1 / R ; σ = 1 / ρ
G = σ A / l ……………. ( 2 )
4
Menurut rumus ( 2 ) bahwa kemampuan hantar atau daya hantar bahan listrik dapat
ditingkatkan dengan memperpendek bahan itu atau dengan memperbesar luas
penampangnya.
Contoh soal :
1). Kawat tembaga panjangnya 20 meter dan berdiameter 0,5 mm. Hitung
hambatan kawat itu. Resistivitas tembaga ( ρ ) 0,0175.10 – 6
Penyelesaian :
Penampang kawat ( A ) = { 3,14 x (0,5) 2 x 10 – 6 } / 4
= 0,196 x 10 – 6 mm2
Hambat kawat ( R ) = ( ρ l ) / A
= ( 0,0175. 10 – 6 x 20 ) / 0,196 x 10 – 6
= 1,783 Ω
2.3. Koefisien Temperatur
Nilai hambat bahan listrik berubah bila terjadi perubahan temperaturnya . Perubahan
nilai hambat setiap satu derajat celsius disebut koofisien temperature ( α ).
Nilai hambat setelah terjadi perubahan temperature memenuhi persamaan ( 3 ).
Rt = Ro ( 1 + ά Δ t ) ………………. ( 3 )
Keterangan : Rt = nilai hambat pada temperature t º C ( Ω )
Ro = nilai hambat pada temperature 0 º C ( Ω )
ά = koofisien temperatur
Δ t = kenaikan temperature dari 0 º C hingga t º C
Contoh soal :
1). Kawat aluminium hambatannya 0,625 Ω pada temperature 20 º C.
Hitung nilai hambat kawat itu pada temperature 50 º C.
Penyelesaian :
Nilai hambat kawat itu pada temperature 50 º C adalah
R50 = R 20 ( 1 + ά Δ t )
= 0,625 { 1 + 0,004 ( 50 – 20 ) }
= 0,700 Ω
5
Rangkuman :
1) Kemampuan hambat atau daya hambat dari bahan listrik dapat ditingkatkan
dengan memperpanjang bahan itu atau dengan memperkecil luas
penampangnya.
2) Kemampuan hantar atau daya hantar bahan listrik dapat ditingkatkan dengan
memperpendek bahan itu atau dengan memperbesar luas penampangnya.
3) Hambatan atau resistansi (R) dari bahan listrik dihitung dengan rumus
R = ρ l / A …………………... ( 1 )
4) Hantaran atau konduktansi ( G ) dari bahan listrik dihitung dengan rumus
G = σ A / l …………….. ( 2 )
5) Nilai hambat setelah terjadi perubahan temperature dihitung dengan rumus
Rt = Ro ( 1 + ά Δ t ) ………………. ( 3 )
Soal latihan :
1) Kawat tembaga berdiameter 0,5 mm panjangnya 20 meter. Hitung hambat
kawat itu bila panjangnya 100 meter.
Hitung daya hantar kawat itu bila diameternya 1,5 mm.
Resistivitas tembaga ( ρ ) 0,0175. 10 – 6.
2) Kawat mangan hambatnya 20 Ω pada temperature ruang 25 º C.
Hitung panjang kawat itu bila diameternya 0,40 mm.
Berapa hambat kawat itu pada temperature 85 º C ?
Resistivitas mangan 0,42. 10 – 6. Koofisien temperature mangan 0,00002
BAB 3. LOGAM KONDUKTIF, RESISTIF, DAN PADUAN
3.1. Logam Konduktif
Bahan logam konduktif ( BLK ) penting di bidang listrik adalah :
1) Tembaga Cu 4) Perak Ag
2) Aluminium Al 5) Seng Zn
3) Baja Fe 6) Timah Sn
6
TEMBAGA ALUMINIUMSIFAT : - Mudah dibentuk kondisi
dingin
- Tahan korosi
- Mudah disoldir
- Non magnetik
SIFAT :
- Tidak korosi
- Ringan, lunak dan rapuh
- Non magnetik
GUNA : - Penghantar / kabel
- Belitan
- Busbar dalam
GUNA : - Penghantar udara
- Busbar luar
- Rotor sangkar
BAJA PERAK SIFAT : - Kuat secara mekanis
- Korosif
- Keras dan kaku
SIFAT : - Konduktif di atas
tembaga
- Agak rapuh
- Tahan korosi
GUNA : - Struktur tiang, chasis
- Penghantar kereta listrik
- Penguat SUTT
- Magnet
GUNA :
- Sekering / fuse
- Lidah kontak
SENG TIMAH
SIFAT : - Tahan korosi
- Konduktif ½
tembaga
- Mudah dibentuk
- Tidak tahan kimia
SIFAT :
- Tidak korosi
- Lunak dan temp. lebur
rendah
GUNA : - Pelapis galvanis
- Kutub batere
- Bahan cat
GUNA : - Pelapis
- Soldir
- Selubung kabel tanah
7
3.2. Logam Resistif
Bahan Logam Resistif ( BLR ) penting di bidang listrik adalah :
1) Nikel Ni 4) Merkuri Hg
2) Tungsten W 5) Karbon C
3) Platina Pt
NIKEL TUNGSTEN
SIFAT :
- Tidak korosif
- Mudah dibentuk
SIFAT : - Temperatur lebur tinggi
3.300 º C
- Cepat beroksidasi
- Resistivitas besar ρ = 5. 10 – 6
GUNA : - Elektroplating
- Elemen pemanas
- Magnet
GUNA :
- Filamen lampu dan
tabung elektronik
PLATINA MERKURI
SIFAT : - Tidak korosi
- Tahan kimia
- Temperatur lebur tinggi 1.775 º C
- Hambat jenis ρ = 10 –7
SIFAT : - Cair dan muai merata
- Temperatur lebur rendah 38,8 º C
- Beroksidasi dan beracun
GUNA : - Thermo kopel
- Kontak saklar
Guna : - Kontak rele pengaman
transformator
- Thermometer dan lampu
KARBON
SIFAT : - Keras , tahan aus , dan
tahan kimia
- Temperatur lebur tinggi 3.900 º C
- Koefisien temperatur negatif
- Hambat jenis ρ = (1 s/d 7). 10 - 3
- Tidak beroksidasi
GUNA : - Elektroda tungku lebur
- Elektroda batere kering
- Pengumpul arus
- Sikat mesin listrik
- Resistor nilai besar daya
rendah
8
- Penghantar panas
2.4. Paduan Logam
Bahan Paduan Logam penting di bidang listrik adalah :
a. Paduan logam konduktif ( PLK ) yaitu :
Kuningan 3) Duralium
Perunggu
KUNINGAN ( Brass ) PERUNGGU ( Bronz )
SIFAT : Komposisi Cu / Zn : 60 / 40
Tidak korosi , dan mudah
dibentuk
Kekuatan mekanik di atas
tembaga
SIFAT : Komposisi Cu / Sn : 90 / 10
Keras , rapuh
Tahan kimia dan tahan
korosi
GUNA :
Pegas arus
Komponen : fiting, saklar,
kotak hubung
GUNA :
Komutator
Pegas arus , dan batang lidah saklar
DURALIUM
SIFAT : Komposisi Al / Cu : 95 / 5
Keras, tahan korosi
Dapat dikerjakan
Tidak menyerap panas
GUNA :
Bantalan poros, roda gigi, handel
Landasan oven
b. Paduan logam resistif ( PLR ) yaitu :
Nikrom 3) Konstantan
Mangan
NIKROM MANGAN
SIFAT : Komposisi Ni / Cr : 80 / 20
Temperatur lebur tinggi 1.100 º C
SIFAT :
Komposisi Mg / Ni / Cu : 12 / 2 / 86
9
Hambat jenis ρ = 10 - 6 Hambat jenis ρ = 5.10-7
GUNA : Elemen pemanas : heater,
oven, seterika
GUNA : Resistor daya / wire
wound
KONSTANTAN
SIFAT : Komposisi Cu/Ni : 60/40
Temperatur lebur 1.300 º C
Tahan korosi
Hambat jenis ρ = 5.10 -5
GUNA :
Thermo kopel
Resistor starter mesin listrik
Contoh soal :
1) Sebutkan sifat dan kegunaan dari dua buah bahan logam konduktif penting.
Jawab :
TEMBAGA ALUMINIUMSIFAT : - Mudah dibentuk kondisi
dingin
- Tahan korosi
- Mudah disoldir
- Non magnetik
SIFAT :
- Tidak korosi
- Ringan, lunak dan rapuh
- Non magnetik
GUNA : - Penghantar / kabel
- Belitan
- Busbar dalam
GUNA : - Penghantar udara
- Busbar luar
- Rotor sangkar
2) Sebutkan sifat dan kegunaan dari dua buah bahan logam resistif penting.
Jawab :
NIKEL TUNGSTEN
SIFAT :
- Tidak korosif
- Mudah dibentuk
SIFAT : - Temperatur lebur tinggi
3.300 º C
- Cepat beroksidasi
10
- Resistivitas besar ρ = 5. 10 – 6
GUNA : - Elektroplating
- Elemen pemanas
- Magnet
GUNA :
- Filamen lampu dan tabung
elektronik
3) Sebutkan sifat dan kegunaan dari dua bahan paduan logam konduktif penting.
Jawab :
KUNINGAN ( Brass ) PERUNGGU ( Bronz )
SIFAT : Komposisi Cu / Zn : 60 / 40
Tidak korosi , dan mudah
dibentuk
Kekuatan mekanik di atas
SIFAT : Komposisi Cu / Sn : 90 / 10
Keras , rapuh
Tahan kimia dan tahan
korosi
GUNA :
Pegas arus
Komponen : fiting, saklar,
kotak hubung
GUNA :
Komutator
Pegas arus , dan batang
lidah saklar
4) Sebutkan sifat dan kegunaan dari dua buah bahan paduan logam resistif penting.
Jawab :
NIKROM MANGAN
SIFAT : Komposisi Ni / Cr : 80 / 20
Temperatur lebur tinggi
1.100 º C
Hambat jenis ρ = 10 - 6
SIFAT :
Komposisi Mg / Ni / Cu : 12 / 2 / 86
Hambat jenis ρ = 5.10-7
GUNA : Elemen pemanas :
heater, oven, seterika
GUNA : Resistor daya / wire
wound
11
Rangkuman :
1). Bahan logam konduktif ( BLK ) penting di bidang listrik adalah :
Tembaga Cu d) Perak Ag
Aluminium Al e) Seng Zn
Baja Fe f) Timah Sn
2). Bahan Logam Resistif ( BLR ) penting di bidang listrik adalah :
a) Nikel Ni d) Merkuri Hg
b) Tungsten W e) Karbon C
c) Platina Pt
3). Paduan logam konduktif ( PLK ) penting di bidang listrik yaitu :
a) Kuningan c) Duralium
b) Perunggu
4). Paduan logam resistif ( PLR ) penting di bidang listrik yaitu :
a) Nikrom c) Konstantan
b) Mangan
Soal latihan :
1) Sebutkan sifat dan kegunaan dari enam buah bahan logam konduktif
penting.
2) Sebutkan sifat dan kegunaan dari lima buah bahan logam resistif penting.
3) Sebutkan sifat dan kegunaan dari tiga buah bahan paduan logam resistif
penting.
4) Sebutkan sifat dan kegunaan dari tiga buah bahan paduan logam
konduktif penting.
12
BAB 4. SEMI KONDUKTOR
4.1. Energi Elektron
Energi luar antara lain : listrik, cahaya Matahari, panas.
Energi luar dibutuhkan untuk melepaskan elektron valensi dari orbitnya.
Energi elektron yang membuat atom stabil terdiri dari energi potensial, rotasi ,dan
sentrifugal.
4.2. Hubungan Lapisan bahan P – N
Bahan semi konduktor adalah unsur berelektron valensi 4 seperti : Silikon dan
Germanium.
Bahan semi konduktor yang masih murni ( intrinsik ) masih stabil dan bersifat
isolasi. Bahan semi konduktor yang sudah tidak murni ( ekstrinsik ) atau sudah
dikotori menjadi tidak stabil dan bersifat semi konduktor.
Bahan lapisan Positip ( P ) diperoleh dari pengotoran bahan berelektron valensi 4
oleh bahan berelektron valensi 3, seperti : Aluminium, Boron, Indium.
Bahan lapisan Negatip ( N ) diperoleh dari pengotoran bahan berelektron valensi 4
oleh bahan berelektron valensi 5, seperti : Pospor, Arsen, Antimon.
Bila bahan lapisan Positip ( P ) dan bahan lapisan Negatip ( N ) dihubungkan /
disambung maka diperoleh bahan semi konduktor dengan sambungan : mono
(Dioda) , duo (Transistor ), maupun trio (Thyristor ), dan multi (Integrated Circuits ).
Bahan-bahan semi konduktor dan penggunaannya dimuat pada Tabel 4. 1.
Tabel 4. 1. Bahan semi konduktor dan penggunaannya
No Bahan Semi Konduktor Penggunaan1 Germanium (Ge) Dioda, Transistor2 Silikon (Si) Dioda, Transistor, Thyristor, IC3 Barium titanat ( Ba Ti ) Thermistor (PTC)4 Bismuth Telerida ( Bi2 Te3 ) Konverter thermo elektrik5 Galium Arsenida (Ga As) Dioda, Transistor, LED6 Cadmium Sulfida ( Cd S ) Sel foto konduktif7 Indium Antimon (Ga Sb) Detector infra merah8 Indium Arsenida ( In As) Piezo resistor9 Selenium (Se) Penyearah
13
10 Plumbum Sulfur (Pb S) Foto sel11 Indium Stibium (In Sb) Detector infra merah
Faktor – faktor yang berpengaruh pada bahan semi konduktor adalah temperature,
cahaya, tegangan listrik, dan medan listrik.
Resistansi bahan semi konduktor turun bila temperature naik.
Resistansi bahan semi konduktor turun bila intensitas cahaya bertambah kuat.
Resistansi bahan semi konduktor turun bila tegangan listrik naik.
Resistansi bahan semi konduktor turun bila medan listrik bertambah kuat.
Proteksi thermal pada bahan semi konduktor dilaksanakan dengan metode : plat
logam pendingin (heat sink), kipas angin (fan), dan pendingin udara (AC)
Contoh soal :
1) Sebutkan satu energi luar untuk melepaskan elektron valensi.
Jawab : cahaya Matahari.
2) Jelaskan cara mendapatkan bahan semi konduktor lapisan positip.
Jawab : Bahan lapisan Positip ( P ) diperoleh dari pengotoran bahan
berelektron valensi 4 oleh bahan berelektron valensi 3.
3) Sebutkan tiga bahan semi konduktor dan penggunaannya.
Jawab : Germanium (Ge) untuk Dioda, Transistor.
Silikon (Si) untuk Dioda, Transistor, IC.
Plumbum Sulfur (Pb S) untuk Foto sel.
Soal latihan :
1) Sebutkan tiga energi luar untuk melepaskan elektron valensi.
2) Jelaskan cara mendapatkan bahan semi konduktor lapisan positip.
3) Jelaskan cara mendapatkan bahan semi konduktor lapisan negatip.
4) Tuliskan sepuluh bahan semi konduktor dan penggunaannya.
5) Jelaskan faktor – faktor yang berpengaruh pada bahan semi konduktor.
6) Sebutkan cara melakukan proteksi thermal pada bahan semi konduktor.
14
BAB 5. MAGNET
Definisi :
1) BAHAN magnet adalah bahan listrik yang dapat dibuat/ dipengaruhi magnet.
2) MEDAN magnet adalah ruang di sekitar magnet/ penghantar berarus listrik
yang dilingkupi oleh garis-garis gaya magnet.
3) GAYA GERAK magnet ( GGM ) adalah gaya yang menggerakkan garis -
garis gaya magnet dan besarnya sama dengan arus dikalikan banyaknya
lilitan ( I N Amper lilit )
4) KUAT MEDAN Magnet ( H ) adalah gaya gerak magnet per satuan panjang
rangkaian magnet ( I N / l Amper lilit per meter )
5) FLUKSI Magnet ( Φ ) adalah gaya gerak magnet per reluktansi ( I N / S )
6) KEPADATAN FLUKSI ( B ) adalah Fluksi total per luas penampang bahan
( Φ / A )
7) PERMEABILITAS ABSOLUT ( μ ) adalah hantar jenis bahan dilalui garis-
garis gaya magnet ( B / H )
8) PERMEABILITAS RELATIF ( μ r ) adalah rasio permeabilitas absolut
bahan terhadap permeabilitas udara ( μ / μo ). Dimana μo = 4 л 10 -7
9) RELUKTANSI Magnet ( S ) adalah hambatan bahan bila dilalui oleh garis-
garis gaya magnet ( l / μ A ). Dimana l adalah panjang lintasan rangkaian
magnet
5.1. Karakteristik Histerisis
HISTERISIS magnet adalah peristiwa tertinggalnya kepadatan fluksi (B) dari kuat
medan magnet (H).
RUGI HISTERISIS magnet adalah rugi energi untuk proses magnetisasi dan
demagnetisasi bahan magnet.
RUGI ARUS PUSAR magnet adalah rugi energi karena medan magnet bolak –balik
yang membangkitkan gaya gerak listrik pada bahan magnet sehingga mengalirkan
arus pusar dan menyebabkan bahan magnet itu panas.
15
5.2. Energi Magnetisasi
Energi yang dibutuhkan untuk proses magnetisasi adalah
dW = e I dt
= ( L di/dt ) I dt
= L I di
Diintegral menjadi W = ½ I L ………… (5.1)
Keterangan : W = energi magnetisasi ( Watt )
I = arus magnetisasi ( Amper )
L = induktansi belitan magnet ( Henry )
5.3. Magnet Lunak dan Keras
Bahan magnet lunak (remanen) memiliki jerat histerisis yang sempit, a.l :
1). Besi murni 3). Baja lunak 5). Besi tuang 7). Besi
nikel
2). Besi tempa 4). Baja keras 6). Baja silikon
BESI MURNI : Fe / C = 100 / 0 BESI TEMPA : Fe / C = … / s/d 0,25
Permeabilitas tinggiUntuk magnet remanen
Elastis dan liatMudah korosiDapat dilas/ dikerjakanUntuk magnet remanenUntuk struktur : rantai, rel
BAJA LUNAK : Fe / C = … / s/d 0,35 BAJA KERAS : Fe / C = … / s/d 1,4Elastis dan liatMudah korosiDapat dilas/ dikerjakanUntuk magnet remanenUntuk : baut, plat, tali
Elastis dan liatMudah korosiTidak dapat dilas/ dikerjakanUntuk magnet remanenUntuk : cetakan, poros, tool
BESI TUANG : Fe / C = … / 2 s/d 5 BAJA SILIKON : Fe / C = … / s/d 2Keras dan rapuhTahan korosiTidak dapat dilas/ dikerjakan
Jerat histerisis sempitUntuk : kutub mesin, inti trafo
16
Tidak dapat dibuat magnetUntuk : body / rumah mesin
BAJA NIKEL : Fe/ Ni/ M = 15 / 80 / 5Permeabilitas sangat tinggiRugi histeris rendahUntuk : meter besi putar, amor kabel tanah
Bahan magnet keras (permanen) memiliki jerat histerisis yang luas, a.l :
1). Baja silicon 3). Baja kobalt 5). Baja non magnet2). Baja tungsten 4). Baja alnico 6). Ferit
BAJA SILIKON : Fe / Si = .. / s/d 2..4 BAJA TUNGSTEN : Fe/W/C = 93,3/6/0,7
Saturasi besarUntuk : inti rele, mesin listrik
Reluktansi tinggiKoersif 8.000 AT/mUntuk : kutub permanen motor listrik
BAJA KOBALT:Fe/Co/Cr/W: 55/34/5/6
BAJA ALNICO:Fe/Al/Ni/Co/Cu:52/10/18/15/5
Koersif 10.000 AT / mUntuk : magnet permanen instrumen
Koersif 100.000AT / mKeras dan rapuhTidak dapat dikerjakanUntuk : magnet permanen terbaik, instrument presisi
BAJA NON MAGNET: Fe/Mn : 86/14 FERIT
Non magneticRugi arus pusar nolUntuk : body mesin listrik, poros, mur baut
BaO(Fe2 O3) 6Ringan dan untuk magnet permanentFe2O3 + NiO + ZnOJerat histeris persegi empatRugi arus pusar kecilUntuk inti trafo frekuensi tinggi
Soal contoh :
Jelaskan rugi histerisis dan rugi arus pusar.
Jawab :
RUGI HISTERISIS magnet adalah rugi energi untuk proses magnetisasi dan
demagnetisasi bahan magnet.
17
RUGI ARUS PUSAR magnet adalah rugi energi karena medan magnet bolak
–balik yang membangkitkan gaya gerak listrik pada bahan magnet sehingga
mengalirkan arus pusar dan menyebabkan bahan magnet itu panas.
Sebutkan sifat dan kegunaan dua bahan magnet lunak.
Jawab :
BAJA LUNAK : Fe / C = … / s/d 0,35 BESI TUANG : Fe / C = … / 2 s/d 5Elastis dan liatMudah korosiDapat dilas/ dikerjakanUntuk magnet remanenUntuk : baut, plat, tali
Keras dan rapuhTahan korosiTidak dapat dilas/ dikerjakanTidak dapat dibuat magnetUntuk : body / rumah mesin
Soal latihan :
1) Jelaskan rugi histerisis dan rugi arus pusar.
2) Sebutkan sifat dan kegunaan tujuh bahan magnet lunak.
3) Sebutkan sifat dan kegunaan enam bahan magnet keras.
4) Sebuah bahan magnet bentuk cincin keliling rata-ratanya 1,4 m dan
penampangnya 0,0012 m2 dililit kawat 500 belitan.
Bila dialiri arus listrik 2 A membangkitkan fluksi 1,2 mili Weber.
Hitung permeabilitas relatif bahan itu.
[ Jawab : μ r = 1114 ]
BAB 6. DIELEKTRIK
Bahan dielektrik adalah bahan listrik yang mampu menyimpan muatan listrik.
Bahan dielektrik digunakan untuk menyimpan energi listrik, memperbaiki faktor
daya, dan menyaring tegangan searah hasil penyearahan.
6.1. Kekuatan dielektrik
Kekuatan dielektrik adalah kekuatan bahan listrik dalam menahan medan listrik dari
potensial listrik per satuan panjang / tebal bahan.
18
VE = ------- [ volt / meter ] atau [ kilo volt / sentimeter ] …(6.1)
d
Keterangan : E = Kekuatan dielektrik (kV/cm)
V = potensial listrik (V)
d = tebal bahan (meter)
6.2. Kapasitansi
Kapasitansi bahan dielektrik adalah kapasitas bahan dielektrik dalam menyimpan
muatan listrik persatuan tegangan listrik.
QC = ------- [ Coulomb / volt ] …………… . (6.2)
VKeterangan : C = kapasitansi (Coulomb/volt)
Q = muatan listrik (Coulomb)
V = potensial listrik (V)
6.3. Konstanta dielektrik
Konstanta dielektrik adalah hasil perkalian kapasitansi dan ketebalan bahan dibagi
luas permukaan bahan.
C . d ε = ------------ ……………………….. (6.3)
A
Keterangan : C = kapasitansi (Coulomb/volt)
d = tebal bahan (meter)
A = luas permukaan bahan ( meter ² )
Konstanta dielektrik dan kekuatan dielektrik dari beberapa jenis bahan listrik
disajikan dalam Tabel 6.1.
19
Tabel 6.1. Jenis bahan, konstanta, dan kekuatan dielektrik
Bahan dielektrik Kontanta dielektrik( ε )
Kekuatan dielektrik(kV/cm)
Udara 1 30Kertas 2,0 – 2,6 2,5 – 4,0Mika 2,5 – 6,6 80
Minyak 2,2 – 4,7 100Kaca 5,4 – 9,9
Porselain 5,7 – 6,8 TR 1,5-4/TT 10-16
Kerugian dielektrik adalah rugi daya listrik akibat adanya arus bocor.
Kerugian dielektrik meningkat jika terjadi tegangan lebih, peningkatan frekuensi,
panas, ataupun kelembaban.
Energi yang tersimpan dalam bahan dielektrik adalah setengah dari kapasitansi bahan
dikalikan kwadrad dari potensial listrik.
W = ½ C V ² [ Joule ] ………………… (6.4)
Keterangan : W = energi (Joule)
C = kapasitansi (Coulomb/volt)
V = potensial listrik (V)
Contoh soal :
1). Sebutkan apa yang dimaksud dengan :
a. Bahan dielektrik
b. Kegunaan bahan dielektrik
Jawab :
a. Bahan dielektrik adalah bahan listrik yang mampu menyimpan
muatan listrik.
b. Bahan dielektrik digunakan untuk menyimpan energi listrik,
memperbaiki faktor daya, dan menyaring tegangan searah hasil
penyearahan.
20
2). Sebuah kondensor pada tegangan 500 Volt di udara kapasitasnya
0,005 µF. Bila direndam dalam minyak berkonstanta dielektrik 2,5
hitunglah besarnya energi yang tersimpan sebelum dan sesudah direndam.
Jawab :
Di udara ε = 1
Q = CV = (0,005.10 – 6) (500) = 2,5. 10 – 6 Coulomb
Q² (2,5. 10 – 6 ) ²W = ½ C V ² = ½ ---- = ---------------- = 625. 10 – 6 Joule
C 2 (0,005. 10 – 6 )
Energi yang tersimpan sebelum direndam W = 625. 10 – 6 Joule
Di dalam minyak ε = 2,5
Q* = Q = 2,5. 10 – 6 Coulomb
C* = 2,5 C = 2,5 (0,005. 10 – 6) = 0,0125. 10 – 6 Farad
(Q*)² (2,5. 10 – 6 ) ²W* = ------- = ----------------------- = 250. 10 – 6 Joule
2 C* 2 (0,0125. 10 – 6 )
Energi yang tersimpan sesudah direndam W = 250. 10 – 6 Joule
Soal latihan :
1). Sebutkan apa yang dimaksud dengan :
a. Bahan dielektrik d. Konstanta dielektrik
b. Kegunaan bahan dielektrik e. Kapasitansi
c. Kekuatan dielektrik f. Rugi dielektrik
21
BAB 7. ISOLASI
Bahan isolasi/ isolator adalah bahan listrik yang mampu memisahkan / menyekat
bagian yang bertegangan listrik dengan bagian konduktif terbuka (BKT) maupun
netral yang dapat membahayakan jika tersentuh manusia.
Asal bahan isolasi dari organik, anorganik, dan sintetis.
7.1. Sifat Bahan Isolasi
Sifat- sifat pokok bahan isolator adalah sifat kelistrikan, terhadap panas, fisis, kimia,
dan mekanis.
Sifat kelistrikan adalah kemampuan bahan menahan arus listrik.
Resistansi volume bahan menghambat arus bocor volume bahan.
Resistansi permukaan bahan menghambat arus bocor permukaan bahan.
Kedua resistansi itu menurun jika terjadi tegangan lebih, peningkatan frekuensi,
panas, ataupun kelembaban.
Sifat bahan isolasi terhadap panas adalah kemampuan bahan menahan panas
sehingga didapatkan resistansi panas yang diklasifikasikan pada Tabel 7.1.
Tabel 7.1. Klasifikasi Bahan Isolasi
Kelas Bahan isolasi Temperatur Kerja maks.
( º C )Y Katun, sutra, wool, rayon, kertas, kayu, karet,
polyvinyl, poly ethylene, poly amid
90
A Bahan kelas Y diimpregnasi minyak, vernis. Email
dicampur vernis dan polyamid
105
E Kawat email 120
B Bahan anorganik : mika , fiber glas, asbes 130
F Bahan anorganik diimpregnasi epoxy, polyuretan 155
H Mika , fiberglas, asbes diimpregnasi silicon resin 180
C Bahan anorganik tidak diimpregnasi bahan organic :
porselen, quartz, kaca
Di atas 180
22
Sifat fisis dan kimia bahan isolasi adalah sifat kemampuan larut, resistansi kimia,
higroskopis, permeabilitas uap, tropis, dan radiasi.
Bahan pelarut komposisinya sama dengan bahan yang dilarutkan. Misalnya
hidrokarbon ( parafin ) larut dalam cairan phenol formaldehyde.
Bahan kimia asam, basa, atau garam menurunkan resistansi bahan isolasi. Misalnya
bahan anorganik tahan ozonisasi.
Sifat penyerapan uap air (higroskopis) di sekitarnya bahan isolasi positif merusak.
Bahan hidroksil higroskopisnya relatif tinggi, sedangkan paraffin, polyethelene
bersifat non higroskopis.
Kemampuan bahan isolasi dilewati uap disebut sifat permeabilitas uap.
Pengaruh iklim tropis dipengaruhi oleh letak geografis bahan isolasi dipasang. Bahan
anti jamur dapat mengurangi pengaruh tropis seperti bahan para nitro phenol, penta
chloro phenol.
Radiasi sinar Matahari khususnya ultraviolet merusak bahan isolasi jenis organik.
Sifat mekanis bahan isolasi adalah kemampuan bahan menahan beban tarik, tekan,
dan geser. Sifat kekerasan bahan isolasi adalah ketahanan bahan terhadap goresan,
dan tumbukan.
7.2. Wujud Bahan Isolasi.
Wujud bahan isolasi adalah GAS , CAIR , dan PADAT.
Bahan isolasi GAS :
1). Udara 4). Gas Mulia : Ne , Ar , Hg , Sb
2). Nitrogen 5). Halogen
3). Hidrogen 6). S F 6
UDARA NITROGENSIFAT : -Tidak mudah terbakar
- Tidak eksplosif- Mudah didapat dan murah
- Tegangan tembus 20 s/d 50 kV/cm
SIFAT :- Anti oksidan
GUNA :- SUTT , saklar , dielektrik kondensor
GUNA : Pengisi kabel tegangan tinggi- Trafo daya berpendingin minyak
23
HIDROGEN GAS MULIA ( Ne – Ar – Hg – Sb )SIFAT : - Konduktif thermal
Kepadatan rendah/ ringan2,7 s/d 4,5 kV/ cm
SIFAT :Tidak beroksidasi
GUNA : - Pendingin belitan mesin listrik besar
GUNA : - Pengisi tabung elektronikBolam lampu
HALOGEN ( Fl, Cl ) GAS SF6SIFAT :
Kekuatan dielektrik besar pada tekanan tinggi
SIFAT :Tidak terbakarKonduktif thermalStabil pada temperature 100 º CKuat dielektrik sangat besar pada
tekanan tinggi 12 kV /cmGUNA :
Pengisi kabel tanah bertekananGUNA :
Trafo daya besarSwitching daya besar
Bahan isolasi CAIR :
1). Minyak mineral 3). Minyak tumbuhan
2). Minyak sintetis 4). Vaselin
MINYAK MINERAL MINYAK SINTETISSIFAT:
Dari minyak bumiTidak menggumpalTidak mudah terbakar30 s/d 40 kV/ cm
SIFAT:Tidak mudah terbakarTidak mudah beroksidasiTidak menggumpalTidak degradasi kimia40 kV/ cmberacun
GUNA :Pengisi kabel tanah, trafo,
kondensorPendingin saklar daya, starter
GUNA :Pengisi kabel tanah, trafo,
kondensorPendingin saklar daya, starter
MINYAK TUMBUHAN VASELINSekarang tidak digunakan SIFAT :
Kekentalan tinggiBeku pada 33 º s/d 50 º C
GUNA :Kertas tekan/ impregnasiPengisi kapasitor
24
BAHAN ISOLASI PADAT ( BIP ) :
1). Serat 6). Keramik
2). Serat ditekan 7). Gelas
3). Plastik 8). Non-resin
4). Karet 9). Laminasi dan adhesive
5). Mineral 10). Cat
BIP SERAT ( BIPS )
1). Kayu 5). Katun
2). Kertas dan karton 6). Fiberglas
3). Tekstil 7). Pita perekat
4). Asbes 8). Sutera
KAYU KERTAS DAN KARTONSIFAT
RinganMenyerap airMudah terbakar
SIFAT:RinganMenyerap airMudah terbakar
GUNA:Struktur tiangLandasanChasis, tutupPegangan, tongkat
GUNA:KapasitorBungkus belitan trafoAlas alur mesin listrikSekat kabel telepon
TEKSTIL ASBES
SIFAT:Ulet/ liatMenyerap airMudah terbakar
SIFAT:Tahan panas sampai 400 º CMenyerap air30 s/d 50 kV /cm
GUNA ;Divarnish pengikat belitan
GUNA:Selubung kabel panasSelonsong pemanasPenahan bunga api saklar
25
KATUN FIBERGLAS
SIFAT :Menyerap airMudah terbakarTemperature kerja 100 º CLentur/ fleksibelKuat dielektrik rendah
SIFAT :Tidak menyerap airMudah dicetak/ dibentukTemperature kerja 120 º C
GUNA :Selubung belitan kecilPengikat belitanBungkus kabel seterikaBungkus sambungan pemanas
GUNA :Tandon air pendingin trafo, AC
PITA PEREKAT SUTERA
SIFAT :Tidak mengandung belerangTemperature kerja 75 º C
SIFAT :Kurang menyerap airKuat dielektrik di atas katunLebih mahal dari katun
GUNA :Bungkus ujung kabel yang
dikupas
GUNA :Selubung belitan mesin kecil
BIP SERAT DITEKAN ( BIPSD )
1). Kertas tekan
2). Tekstil tekan
KERTAS TEKAN TEKSTIL TEKANSIFAT :
Tidak mudah terbakarMudah dikerjakanRugi dielektrik kecilMurah
SIFAT:Kurang menyerap airTemperature kerja 105 º CKuat dielektrik naik
GUNA :Selubung kabel tanah, trafo dayaDielektrik kapasitor
GUNA :Pita ikat belitanBungkus belitan mesin mediumSelubung kabel
BIP PLASTIK
1). Natural / alami ( lak, ambar, varnish, getah )
26
2). Sintetis / buatan
NATURAL SINTETIS
SIFAT :Berdaya rekatTidak larut dalam minayk bumi
dibawah 300 º C
Thermoset /polimerisasi kondensasi
Thermoplas/ polimerisasi aditif
GUNA :Impregnasi kertas, tekstilPengikat/perekat komutator,lapis
mika
BPIPPS THERMOSET :
1). Melamin 4). Silicon
2). Polyester 5). Phenol
3). Epoxy 6). Polyurethan
MELAMIN POLYESTER
SIFAT :Mudah dicetakTahan panas dan kimiaKedap airPermuakan licinLengket sebelum keras
SIFAT :Tahan panasTahan benturanTidak tahan air
GUNA ;Pelapis permukaan
GUNA ;Pelapis laminasi
EPOXY SILIKON
SIFAT :Tahan kimiaKuat mekanikTidak menyusutPerekat dengan hardener
SIFAT :Tahan airTahan panas 180 º CTidak tahan minyak bumi
27
GUNA ;Lem besiKomponen kecil ganti besi(roda gigi, mur baut)
GUNA :Cairan pendingin trafoAditif
(karet,logam,plastic,keramik)
PHENOL POLYURETHAN
SIFAT :Tahan panas KuatKaku, ukuran stabil
SIFAT:Tidak menyerap airMengeras dan rusak pada 200 º C
GUNA :Cabinet TV, dllPegangan alat/ toolSoket/ outletDisket, CDCasing IC,semi konduktor
GUNA :Lapis enamel kawat belitanVarnish
BIPPS THERMOPLAS :
1). Bakelit (celulos acetate) 5). Poly vinyl chloride (PVC)
2). Celuloid (celulos nitrat) 6). Polyamid / nylon
3). Polyethylene/ polythene 7). Poly carbonat
4). Polystyrene 8). Bitumen
BAKELIT CELULOID
SIFAT :Tahan benturMudah dikerjakanMenyerap airAgak mudah terbakarAgak keras , rapuh, kaku
SIFAT:Keras tahan benturMudah terbakarLarut dalam acetone
GUNA :Landasan :soket lampu, saklar,
kontak
GUNA :Tidak digunakan di listrik
28
POLYETHYLENE / POLYTHENE POLYSTYRENE
SIFAT :RinganElastic pada 60 º CTidak menyerap airTidak larut dalam solven/asamLebur pada 110 º C200 s/d 600 kV /cm
SIFAT :ElasticTidak menyerap air200 kV /cmtemperature kerja 80 º C
GUNA :Selubung kabelSelang, pipa, container
GUNA :BushingDielektrik kapasitor DCCabinet TV, dll
POLYVINYL CHLORIDE POLYAMID/ NYLON
SIFAT :Keras agak lenturTidak menyerap air300 kV/ cmtemp. kerja 90 º C
SIFAT:Tahan gesekTahan solven/ asamTemp. kerja 150 º C200 kV /cm
GUNA :- Selubung kabel- Pipa listrik, air- Film, pita, lembar
selubung :batere, dll
GUNA :Selubung kabelLembaran, pita,pipaKomponen kecil alat
POLY CARBONAT BITUMEN
SIFAT:Tahan benturTahan asam/ solvenTidak menyerap airLarut oleh hydrocarbon aromatic
SIFAT :Mudah dicetakLunak pada 75 º C
GUNA :Film isolasiKomponen isolasi cetak
GUNA :
BIP KARET :
29
1). Karet alam 4). Karet kloroprene/ neoprene
2). Karet ebonite 5). Karet silikon
3). Karet buatan/ sintetis
KARET ALAM KARET EBONIT( karet alam + belerang )
SIFATElasticBeroksidasiTemperature kerja 75 º CTemperature lebur 230 º C200 kV/cm
SIFATRusak oleh matahariDapat dikerjakanTemperature kerja 60 º C
GUNASelubung kabel fleksibel teganganRendah : las, katrol
GUNABushingRumah batere
KARET BUATAN( karet butyl )
KLOROPRENE / NEOPRENE
SIFATKenyal Tahan goresTahan panasTahan solven/ asamTidak beroksidasiRusak oleh minyak bumi
SIFAT- Tahan api- Tahan solven- Tahan matahari- Adhesive dengan logam
GUNA- Isolasi kabel fleksibel
GUNA- Isolasi kabel
KARET SILIKON
SIFAT- Tahan minyak dan air- Lentur pada 60 º C-Temperature kerja 60 s/d 150 º C
GUNA- Pelapis - Pita perekat- Selubung kabel
BIP MINERAL / ANORGANIK :
30
1). Mika 3). Marmer
2). Mikanit 4). Sabak
MIKA MIKANIT( lembar mika + selak )
SIFAT- Tahan panas- Tidak rusak oleh
air,asam,garam- Dapat dicetak - Kuat dan kaku- 400 s/d 1500 kV/cm
SIFAT- 300 kV/ cm
GUNAIsolasi komutatorTerminal mesin listrikIsolator pemanas
GUNA- Bushing- Isolasi komutator mesin besar- Isolasi alur mesin listrik
MARMER SABAK
SIFAT- Rapuh - Tahan panas- Mudah dikerjakan- 650 kV/ cm
SIFAT- Rapuh- Tahan panas- Mudah dikerjakan
GUNA- Landasan saklar daya
GUNA- Bushing- Landasan komponen
BIP KERAMIK / PORSELAIN
1). Produk tanah 2). Refraktori
PRODUK TANAH REFRAKTORI(dolomite CaCO3, magnesit MgCO3)
SIFAT- Keras, licin, rapuh- Berpori
SIFAT- Tahan panas sampai 1200 º C- Tahan gores- Tahan kimia- Tahan retak- Mudah diekrjakan
31
GUNA- Isolator elemen pemanas- Isolator duduk, gantung- Landasan saklar, fuse- Rumah fuse- Bushing
GUNA- Dinding tungku- Cetakan logam tuang
BIP GELAS :
SIFAT UMUM GUNA UMUMKeras , licin, rapuhTransparanPadat , sulit dikerjakanTahan kimia , solven, air
Tabung lampuJendela instrumen, PHBFuse kecil
BIP GELAS :
1). Quart 3). Fiber
2). Pyrex
QUART ( gelas silica ) PYREX ( gelas boron )
SIFAT- Sulit dikerjakan- Temperature kerja 1470 º C- Temperature lebur 1667 º C
SIFAT- Tahan kimia- Temperature lebur 820 º C
GUNA- Kaca tahan api
GUNA- Pipa kaca- Gauge
FIBER ( gelas resin sintetis )
SIFAT- Tahan bentur- Mudah dicetak- Berserat resin- Temperature kerja 130 º C- Temperature lebur 626 º C
GUNA- Sekat tembus pandang- Jendela instrument
32
BIP NON-RESIN
1). Malam/wax 2). Aspal
MALAM ASPAL
SIFAT- Tahan air- Padat pada temp. ruang- Temperature lebur - 50 s/d 87 º C
SIFAT- Tahan asam dan garam- Dapat terbakar- Temperature leleh 60 º C- Temperature lebur 100 º C
GUNA- Segel/ seal- Penahan bocor kecil minyak
GUNA- Selubung dan sambungan/ joint- Kabel tanah
BIP LAMINASI & ADHESIF
(pelapis & perekat)
1). Laminat 3). Enamel
2). Adhesif 4). Varnis
LAMINAT ADHESIF
SIFAT- Menyerap air- Temperatur kerja 60 s/d 190 º
C- Tebal lembar 0,2 s/d 50 mm
SIFAT- Cair dan lengket- Lentur, tidak rapuh/ retak- Mudah dikupas- Tahan gesek- Tahan solven- Rusak oleh air- Tebal sampai < 0,05 mm- Temperatur kerja 200 º C
GUNA- Pelapis lembar kertas ,asbes,
gelas
GUNA- Selubung belitan
VARNIS CAT
33
SIFAT- Tahan air- Tidak tahan gores- Keras bila beroksidasi
SIFAT- Cair dan lengket- Tahan air bila kering- Keras bila beroksidasi
GUNA- Pelapis anti oksidasi- Penahan air- Meningkatkan isolasi
GUNA- Pelapis anti korosi :tiang,
rumah alat
Soal contoh :
1). Apakah yang disebut bahan isolasi itu ?
Jawab :
Bahan isolasi/ isolator adalah bahan listrik yang mampu memisahkan /
menyekat bagian yang bertegangan listrik dengan bagian konduktif
terbuka (BKT) maupun netral yang dapat membahayakan jika tersentuh
manusia.
2). Sebutkan lima sifat pokok bahan isolasi.
Jawab :
Sifat kelistrikan, terhadap panas, fisis, kimia, dan mekanis.
3). Berapa temperature kerja bahan isolasi kelas Y ?
Jawab : 90 C
4). Tuliskan satu contoh bahan isolasi gas, cair, dan padat masing- masing
dengan sifat dan kegunaannya.
Jawab :
UDARA NITROGENSIFAT : -Tidak mudah terbakar- Tidak eksplosif- Mudah didapat dan murah- Tegangan tembus 20 s/d 50kV/cm
SIFAT :- Anti oksidan
GUNA : - SUTT , saklar , dielektrik
kondensor
GUNA : Pengisi kabel tegangan tinggi
- Trafo daya pendingin minyak
MINYAK MINERAL MINYAK SINTETISSIFAT: SIFAT:
34
Dari minyak bumiTidak menggumpalTidak mudah terbakar30 s/d 40 kV/ cm
Tidak mudah terbakarTidak mudah beroksidasiTidak menggumpalTidak degradasi kimia40 kV/ cmberacun
GUNA :Pengisi kabel tanah, trafo,
kondensorPendingin saklar daya, starter
GUNA :Pengisi kabel tanah, trafo,
kondensorPendingin saklar daya, starter
KAYU KERTAS DAN KARTONSIFAT
RinganMenyerap airMudah terbakar
SIFAT:RinganMenyerap airMudah terbakar
GUNA:Struktur tiangLandasanChasis, tutupPegangan, tongkat
GUNA:KapasitorBungkus belitan trafoAlas alur mesin listrikSekat kabel telepon
Soal latihan :
1). Jelaskan lima sifat pokok masing - masing dari bahan isolasi.
2). Berikan tiga buah contoh bahan isolasi kelas Y.
3). Tuliskan enam buah contoh bahan isolasi gas masing- masing dengan sifat
dan kegunaannya.
4). Tuliskan empat buah contoh bahan isolasi cair masing- masing dengan
sifat dan kegunaannya.
5). Tuliskan sepuluh buah contoh bahan isolasi padat masing- masing dengan
sifat dan kegunaannya.
BAB 8. KONVERTER ENERGI
8.1. Konverter Energi Langsung
Bahan pengubah / konverter energi langsung adalah bahan – bahan yang dapat
mengubah secara langsung energi tertentu menjadi energi listrik.
Konversi energi itu antara lain adalah :
1). Sel Surya. 3). Sel Pembakaran 5). Thermionik
35
2). Magneto Hidro Dinamik 4). Thermo Elektrik
Tabel 8.1. Bahan Pengubah Energi , Sumber , Daya , dan Efisiensi
Bahan Sumber Daya ( kW ) Efisiensi η ( % )Sel Surya Matahari 0,25 14Magnet Hidro dinamik Panas 20.000 60Sel Pembakaran Udara, H, O 15 90Thermo Elektrik Panas 5 35Thermionik Panas 0,30 10
1). Sel Surya
Sel Surya dibuat dari bahan semi kondukktor transistor foto voltage.
Surya Matahari yang mengenai bahan semi konduktor/ sel surya itu melepaskan
electron valensi dari orbitnya. Sambungan P-N menghalangi aliran electron tersebut
dari lapisan N ke lapisan P, dan membangkitkan beda potensial pada bahan sel surya
itu.
2). Magneto Hidro Dinamik
Magneto Hidro Dinamik terdiri dari beberapa ruang yaitu : ruang bakar, ruang
ionisasi, dan ruang elektroda. Di sekeliling ruang ionisasi dipasang magnet.
Bahan bakar hydrogen ditiup ke dalam ruang bakar dengan temperature 2.500 º C
menuju ke ruang ionisasi. Ketika gas itu sampai ke ruang elektroda membangkitkan
beda potensial pada ujung – ujung elektroda.
3). Sel Pembakaran
Sel Pembakaran berupa ruangan dengan tiga pintu. Pintu pertama untuk masuk bahan
bakar (hydrogen, ethylene, methane). Pintu kedua untuk masuk oksigen. Pintu ketiga
untuk keluar oksida hasil pembakaran dan air. Elektrolit yang digunakan adalah
alkali Kalium Hidroksil (KOH). Tegangan keluaran dibangkitkan pada dua elektroda.
Bahan baker yang ditiup bersama dengan oksigen ke ruangan berisi elektrolit untuk
proses oksidasi, sehingga terjadi pergerakan ion yang tinggi pada elektroda, dan
dibangkitkan beda potensial pada ujung- ujung elektroda itu.
4). Thermo Elektrik
36
Thermo Elektrik terdiri dari sambungan serial dari beberapa lapis bahan semi
konduktor tipe P dan N menggunakan dua logam penghubung Konstantan yang
disambungkan pada salah satu ujung dari bahan tipe P dan N tersebut.
Ketika diberikan temperature berbeda hingga 1.200 º C pada logam - logam
penghubung itu , maka dibangkitkan beda potensial pada ujung - ujung akhir.
5). Thermionik
Thermionik terdiri dari ruangan berisi elektrolit padat Oksida Calsium (CaO) dengan
landasan dari bahan Nikelin (Ni) sebagai katoda / emitter dan dengan tutup dari
bahan Tembaga (Cu) sebagai anoda / kolektor.
Katoda diberi masukan energi panas 2.000 º C sehingga elektron valensi
meninggalkan katoda menuju ke anoda, dan dibangkitkan beda potensial antara
ujung – ujung elektroda tersebut.
Soal contoh :
1) Jelaskan apa yang dimaksud dengan bahan pengubah / konverter energi.
Jawab :
Bahan pengubah / konverter energi langsung adalah bahan – bahan yang
dapat mengubah secara langsung energi lain menjadi energi listrik.
2) Sebutkan dua buah bahan pengubah / konverter energi dan jelaskan prinsip kerjanya.
Jawab :
(1). Sel SuryaSel Surya dibuat dari bahan semi kondukktor transistor foto voltage.
Surya Matahari yang mengenai bahan semi konduktor/ sel surya itu
melepaskan elektron valensi dari orbitnya. Sambungan P-N menghalangi
aliran elektron tersebut dari lapisan N ke lapisan P, dan membangkitkan beda
potensial pada bahan sel surya itu.
(2). Magneto Hidro Dinamik
37
Magneto Hidro Dinamik terdiri dari beberapa ruang yaitu : ruang bakar,
ruang ionisasi, dan ruang elektroda. Di sekeliling ruang ionisasi dipasang
magnet. Bahan bakar hydrogen ditiup ke dalam ruang bakar dengan
temperature 2.500 º C menuju ke ruang ionisasi. Ketika gas itu sampai ke
ruang elektroda membangkitkan beda potensial pada ujung – ujung elektroda.
Soal latihan :
Sebutkan lima buah bahan pengubah / konverter energi dan jelaskan prinsip
kerjanya.
Tuliskan sumber , daya, dan efisiensi dari masing – masing lima bahan
pengubah / konverter energi itu.
DAFTAR PUSTAKA
P.L. Kapoor, 1984, Electrical Engineering Material, Khana Publisher, New Delhi.
Theraja BL, 1994, Electrical Technology, Division of Ninja and Development. Co.
Ltd , New Delhi.
Muhaimin, Drs, Bahan -Bahan Listrik, Pradnya Paramitha, Jakarta.
The Houw Liong , PhD, 1986, Elektromagnetika Teknologi, Erlangga, Jakarta.
Eko Widiarto, ST, 2002, Buku Pegangan Kuliah Mahasiswa (BPKM) Ilmu Bahan
Listrik, Politeknik Negeri Semarang.
Internet, 2009
38
PROGRAM STUDI TEKNIK LISTRIK JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
POLITEKNIK NEGERI SEMARANG
2007
39
DAFTAR ISI
halHALAMAN JUDUL ……………………………………... iHALAMAN KATA PENGANTAR ……………………... iiHALAMAN DAFTAR ISI ……………………………... iii
1. PENDAHULUAN ……………………………………… 11.1. Tujuan Mata Kuliah ……………………………… 11.2. Teori Atom ……………………………………… 11.3. Klasifikasi Bahan Listrik ……………………… 2
2. KONDUKTOR ……………………………………… 42.1. Konduktivitas dan resistivitas ……………………… 42.2. Peningkatan Daya Hantar dan Daya Hambat ……… 42.3. Koefisien Temperatur ……………………………… 5
3. LOGAM KONDUKTIF, RESISTIF, DAN PADUAN …. 63.1. Logam Konduktif ……………………………… 63.2. Logam Resistif ……………………………………… 73.3. Paduan Logam ……………………………………… 8
4. SEMI KONDUKTOR ……………………………… 124.1. Energi Elektron ……………………………… 124.2. Hubungan Lapisan P – N ……………………… 12
5. MAGNET ……………………………………………… 145.1. Karakteristik Histerisis ……………………………… 145.2. Energi Magnetisasi ……………………………… 155.3. Magnet Lunak dan Keras ……………………… 15
6. DIELEKTRIK ……………………………………… 176.1. Kekuatan Dielektrik ……………………………… 176.2. Kapasitansi ……………………………………… 176.3. Konstanta Dielektrik ……………………………… 18
7. ISOLASI ……………………………………………… 207.1. Sifat Bahan Isolasi ……………………………… 207.2. Wujud Bahan Isolasi ……………………………… 20
8. KONVERTER ENERGI ……………………………… 328.1. Konverter Energi Langsung ……………………… 32
DAFTAR PUSTAKA ……………………………………… 34
40