KONDUKTOR

Konduktor (penghantar) : suatu bahan yang dapat menghantarkan arus listrik.

Sifat terpenting konduktor:

- sifat daya hantar listrik (electrical conductivity) yang tinggi, atau

- tahanan jenis (resistivity) yang rendah

Konduktivitas maupun resistivitas besarnya tergantung pada struktur internal

dari bahan penghantar tersebut.

Sifat-sifat lain yang harus dimiliki oleh konduktor :

- daya hantar panas (thermal conductivity) atau sifat-sifat termis dan

sifat-sifat mekanis lain seperti kekuatan tarik/tekan atau

kemampuannya dalam menahan tegangan tarik dan sebagainya.

Tabel 1. Tahanan jenis beberapa bahan listrik

Nama bahan Tahanan jenis pada 0o C

( Ω mm2/m)

Tahanan jenis pada 20o C

( Ω mm2/m)

Aluminium 0,026 0,0287

Tembaga Lunak 0,01589 0,01742

Tembaga Keras 0,016 0,0177

Emas 0,0222 0,0236

Besi Murni 0,0885 0,0995

Perak 0,0151 0,01629

Timah 0,105 0,115

1

I. Pengaruh perubahan temperatur terhadap nilai tahanan (resistansi).

a. Bahan Murni

dimana:

Rt2 = tahanan dari bahan pada temperatur t2 (Ω)

Rt1 = tahanan dari bahan pada temperatur t1 (Ω)

t1 = temperatur permulaan yang rendah (oC)

t2 = temperatur yang lebih tinggi (oC)

α = koefisien suhu tahanan pada masa konstan (Ω/oC)

Untuk perhitungan yang lebih teliti, harga α, bisa digunakan persamaan

berikut :

dimana:

α = koefisien suhu tahanan pada temperatur standar 20o C

α1 = koefisien suhu tahanan pada temperatur to C

Gambar 1. Pertambahan harga tahanan listrik sebagai fungsi dari

temperatur

a a 0 f d f y xR1

R0

0

R

T(0C)

2

1111

22

b. Bahan campuran

Pertambahan harga/nilai tahanan listrik pada bahan campuran apabila

suhu dinaikkan adalah relatif kecil dan tidak teratur. Contohnya pada bahan

Eureka (konstantan), yaitu campuran 60% Cu dan 40% Ni), karena

pertambahan nilai resistansi yang kecil, maka α sering diabaikan.

II. Efek Kulit (Skin Effect)

Skin Effect adalah gejala ketidaksama-rataan arus yang mengalir dalam

suatu pengantar yang dialiri arus bolak-balik. Hal ini disebabkan karena

adanya frekuensi pada arus yang mengalir tersebut.

Gambar 2. Kerapatan arus pada suatu penghantar dialiri arus AC

Arus bolak-balik (AC) yang mengalir pada penghantar, akan menimbulkan

fluksi (ф).

Fluksi ini akan menimbulkan induktansi diri (self inductance) dan akan

membangkitkan tegangan :

dan

Didapat :

ф1< ф2 dan L1>L2, dari sini didapat hubungan; i akan sebanding dengan ф

sehingga :

i1<i2 dan ф1< ф2.

3

Menurut Maxwell dan Rayleight, perbandingan antara tahanan skin effect (Rs)

terhadap tahanan arus searah (R) adalah :

Sedangkan perbandingan antara reaktansi skin effect (As) terhadap reaktansi

arus searah (A) adalah :

dimana :

f = frekuensi (Hz)

l = panjang saluran (m)

Di dalam pemakaian praktisnya rumus-rumus di atas menjadi :

Sedangkan rumus Rs secara empiris adalah :

, untuk m = 0 s/d 3

, untuk m diatas 3

Cara mengatasi Skin Effect :

Frekuensi kerja diturunkan

Diameter penghantar diperkecil atau menggunakan penghantar serabut

III. Jenis-jenis penampang bahan penghantar

4

Penampang bahan penghantar umumnya dibuat dalam berbagai bentuk.

Sesuai dengan tujuan penggunaannya. Berdasarkan bentuknya, bahan

penghantar dibedakan antara lain :

(a) (b) (c) (d) (e)

Gambar 3. Penampang bahan penghantar

(a) bulat

(b) segi empat tipis

(c) segi empat tebal

(d) kanal

(e) stranded (berlilit atau serabut)

Berdasarkan susunan kawat/penampang, dibedakan antara lain :

Kawat pejal

Kawat berlilit

Kawat berongga

Kawat

serabut

Berdasarkan susunan/struktur material :

Kawat/ bahan dari logam murni

Kawat/ bahan dari logam campuran (alloy)

Kawat/ bahan dari logam paduan

5

IV. Klasifikasi Bahan Konduktor

Menurut bentuknya/wujudnya, bahan konduktor dapat dibagi dalam 3 jenis,

yakni:

a. Bahan konduktor berbentuk padat

b. Bahan konduktor berbentuk cair

c. Bahan konduktor berbentuk gas

1. Tembaga (Cu)

Sifat-sifat elektris bahan tembaga dapat dilihat pada tabel 1.

Daya hantar panasnya 0,93 kal/cm sec oC.

Daya tahan tembaga terhadap korosi sangat besar.

Titik leburnya 1080 0C.

Kekuatan menahan gaya tarik/tekan cukup tinggi, yaitu sekitar 40-50

kgf/mm2

Tidak rapuh (artinya dapat dibengkokan tetapi tidak mudah putus/patah).

Penggunaan tembaga antara lain:

sebagai bahan penghantar pada inti kabel, kumparan-kumparan trafo,

generator dan motor, serta jaringan listrik karena bahan tembaga

mempunyai konduktifitas yang cukup tinggi.

sebagai alat/bahan pengukur temperatur (pada termokopel)

Tembaga keras (hard drawn copper), digunakan apabila diperlukan untuk

menahan tegangan tarik/tekan yang tinggi dan tahan terhadap medan

keras.

Tembaga lunak (analed copper), digunakan apabila dipentingkan sifat

lenturnya.

Dicampur dengan bahan lain (banyak kita jumpai di pasaran )

- tahanan jenisnya akan turun,

6

- supaya sifat-sifat mekanisnya dapat ditingkatkan sesuai

kebutuhan atau untuk keperluan tertentu.

2. Aluminium (Al)

Sifat elektris : lihat tabel 1.

Sifat-sifat fisik yang lain :

Daya hantar panasnya = 0,5 kal/cm sec oC

Daya tahan terhadap korosi lebih besar daripada tembaga.

Massa jenisnya ± 3 kali lebih kecil daripada masa jenis tembaga.

Aluminium tidak baik untuk dipatri, akan tetapi dapat dilas.

Titik leburnya 660o C

Sifat-sifat mekanis :

kekuatan menahan tegangan tarik/tekan lebih rendah daripada tembaga

yaitu ±15-23 kgf/mm2 akan tetapi aluminium mudah dikerjakan,

dibengkokkan atau dipress.

Sehingga aluminium banyak dipakai antara lain :

Sebagai penutup pada transistor, karena mempunyai daya hantar panas

yang cukup tinggi.

Sebagai bahan pelindung pada bagian-bagian peralatan yang tidak boleh

terkena gelombang elektromagnetik, karena aluminium termasuk bahan

yang magnetis.

Sebagai bahan yang digunakan pada kumparan transformator arus, rotor

dsb. karena pengerjaannya mudah.

Karena kemampuan menahan tegangan tariknya tidak terlalu besar, maka bila

diperkuat atau dipadukan dengan bahan/kawat baja (baja mempunyai

tegangan tarik ±46 s/d 380 kgf/mm2) akan diperoleh kawat atau bahan yang

disebut dengan istilah ACSR (Aluminium Cable Stell Reinforce).

7

3. Bahan campuran

a. Kuningan (Brass)

Campuran antara tembaga (Cu) dan seng (Zn).

Warnanya kuning,

Tegangan tarik maksimum : 23 s/d 40 kgf/mm2

Harganya lebih murah dibandingkan dengan bahan tembaga murni

Mudah dikerjakan walaupun dalam keadaan dingin

Kurang cocok bila dipakai dalam udara terbuka

Titik leburya 900o C.

Kurang tepat dipakai sebagai konduktor karena konduktivitasnya

rendah, tetapi cocok dipergunakan sebagai media gelombang UHF

(microwave).

b. Perunggu (Bronze)

Campuran antara tembaga (Cu) dan timah (Sn).

Tahanan jenisnya lebih besar daripada bahan kuningan

Titik leburnya 10400 C, tegangan tariknya 20 s/d 40 kgf/mm2

Mempunyai daya tahan yang baik terhadap korosi.

Sebagai penghantar/konduktor biasanya dipakai untuk hantaran-

hantaran yang halus, misalnya untuk kawat telegraf, telepon, dan

sebagainya.

8

V. Bahan tahanan (resistor)

Bahan tahanan (resistor) adalah suatu bahan listrik yang dapat menyalurkan

arus listrik, akan tetapi mempunyai tahanan listrik (resistivitas) yang tinggi

atau konduktivitasnya rendah.

Contoh bahan tahanan adalah sebagai berikut:

1. Wolfram

Wolfram termasuk jenis logam yang sangat berat

Berwarna putih keabu-abuan

Mempunyai titik cair tertinggi diantara logam-logam padat

Sifat-sifatnya :

Sifat mekanis: tegangan tarik maksimum : 590.000 psi

Modulus elastisitas : 10.106 psi

Titik cair : 3.390o C

Titik didih : 5.930o C

Konduktivitas termis : 0,4 cal/cm sec oC

Koefisien muai panjang : 4,5x10-6

Sifat kimia : pada suhu 20000 C, 1001 gram wolfram murni dapat

bersenyawa dengan O2 membentuk WO2 dan WO3.

Sifat elektris : tahanan jenisnya mendekati linier terhadap perubahan

temperatur.

Magnetic susceptibility, Xm, : 6,8x10-5 (termasuk bahan magnetik)

Penggunaan wolfram :

9

sebagai filament lampu pijar, campuran bahan kontak, elektroda gas mulia,

dan bagian-bagian dari tabung elektroda.

2. Timbel/timah hitam (Pb)

Di pasaran banyak dijumpai sebagai timbel dan berupa lempengan 3x1,5 m

atau 10x2,5 m dengan tebal kira-kira 0,3-12 mm.

Sifat-sifatnya antara lain :

Sangat lunak dan mudah dikerjakan

Mempunyai berat jenis/ massa jenis yang tinggi

Titik leburnya rendah ± 300o C

Tahanan jenisnya ± 7%-nya tahanan jenis tembaga

Tegangan tariknya rendah

Penggunaannya antara lain sebagai elektroda akumulator, pembungkus kabel,

campuran solder, dan untuk bahan pembuat sekering.

VI. Thermistor

“Thermistor” berasal dari kata thermally sensitive resistor.

Thermistor adalah suatu jenis tahanan yang peka terhadap perubahan

temperatur atau memiliki harga koefisien suhu tahanan (α) yang tinggi

Ditemukan oleh Michael Faraday berdasarkan (α) negatif dari silver

sulfida pada tahun 1833.

(a) (b)

Gambar 4. Simbol dari Thermistor

10

(a) Thermistor dengan pemanas langsung

(b) Thermistor dengan pemanas tidak langsung

Thermistor pada umumnya didasarkan pada “a negative temperature coefisien

(NTC)”, atau ada pula yang berdasarkan pada “a positive temperature

coefisien (PTC)”.

Penggunaannya :

Basic Thermistor

Circuit

Half Bridge

Thermometer

Basic Four Arm

Bridge Type Thermometer

Two Thermistor

Thermometer

Temperature

Measurement

Anemometer

Flow Meter

Vacuum Gauge

Altimeter

Rf Power Meter

Measuring Micro

Wave Meter

Gas Analyzer

Thermal Protection

For Motor

Pilot Or Flame Alarm

Control

Voltage Regulation

Remote Control

Audio Compressor

(Umeter)

Audio Expander

Pilot Lamp Protection

Crystal Oscillator

Stabilization

11

VII. Corona

Gejala corona, yang dapat mengakibatkan gangguan pada komunikasi

radio (radio interference) dan daya hilang (power losses) corona.

Masalah isolasi pada kawat penghantar.

Masalah isolasi pada peralatan listrik.

Masalah keamanan terhadap manusia, hewan atau barang.

1. Proses terjadinya corona

Bila ada 2 kawat penghantar yang sejajar (berpenampang kecil bila

dibandingkan dengan jarak antara kedua kawat tersebut) diberi tegangan

listrik bolak-balik, maka corona dapat terjadi dan bila tegangan listrik tersebut

dinaikkan secara bertahap, maka corona pun akan naik secara bertahap.

a. Secara visual

Pertama-tama kawat kelihatan bercahaya, mengeluarkan suara yang

mendesis (hissing) dan berbau ozon (O3). Warna cahaya tersebut makin lama

makin jelas kelihatan, cahaya semakin bertambah terang apabila tegangan

listriknya dinaikkan terus dan akhirnya akan terjadi busur api. Corona

mengeluarkan panas dengan terjadinya power losses dan hal ini dapat diukur

dengan Watt-meter.

Bila udara disekitar konduktor tersebut dalam keadaan lembab, maka

corona ini dapat menghasilkan asam nitrogin (Nitrous Acid), hal ini akan

12

mempengaruhi power losses, atau dengan perkataan lain kehilangan dayanya

lebih besar.

Apabila tegangan listriknya merupakan tegangan searah, pada kawat

positip pada jaringan, akan kelihatan dalam bentuk cahaya yang uniform

(seragam) pada seluruh kawat, sedangkan untuk kawat nolnya (ground),

corona hanya terjadi pada tempat-tempat tertentu saja (Spooty).

b. Secara fisis

Corona terjadi karena adanya ionisasi dalam udara disekitar konduktor,

selain itu molekul udara disekitar penghantar/konduktor tersebut kehilangan

elektron. Dengan lepasnya elektron dan ionisasi ini dan disertai adanya medan

listrik, maka elektron -elektron bebas tersebut akan mengalami gaya, sehingga

gerakannya dipercepat. Akibatnya elektron ini akan mengalami tabrakan

dengan molekul lain sehingga akan menimbulkan ion-ion dan elektron -

elektron baru.

Proses ini berjalan terus-menerus, sehingga jumlah ion dan elektron

bebas menjadi berlipat ganda (bila gradien potensialnya cukup besar). Ionisasi

udara dapat mengakibatkan redistribusi tegangan dan bila redistribusi ini

besarnya sedemikian rupa sehingga gradien udara (tegangan listrik) diantara

dua kawat lebih besar daripada gradien udara normal, maka akan terjadi

loncatan bunga api.

Bila hanya sebagian saja dari udara antara dua kawat yang terionisasikan,

maka corona merupakan sampul yang mengelilingi kawat tersebut. Gradien

tegangan listrik seragam yang dapat menimbulkan ionisasi kumulatif di udara

normal (25oC, 760 mmHg) adalah 30 kV/cm.

13

2. Kerugian daya corona

Kerugian daya corona menurut PEEK dinyatakan sebagai berikut:

kWatt/km

dimana:

f = frekuensi (Hz)

r = jari-jari kawat (cm)

D = jarak antar kawat (cm)

V = tegangan fasa (kV rms)

Vd= tegangan distribusi kritis (kV

rms)

Rumus di atas berlaku untuk satu konduktor saja. Penerapan secara

praktisnya, umumnya digunakan rumus sebagai berikut:

dimana :

mo = factor tak tentu (irregular factor)

= 1,00 untuk konduktor yang permukaannya halus

= 0,93-0,98 untuk penghantar kasar

= 0,83-0,87 untuk kawat berlilit 7

14

= 0,80-0,85 untuk kawat berlilit 15, 37 dan 61

Untuk mengurangi masalah corona, maka perlu diperhitungkan masalah:

Jari-jari konduktor

Perbandingan antara jarak konduktor dengan jari-jari konduktor

Faktor permukaan

15