2 2 ILMU BAHAN LISTRIK SEMESTER 1 UNIVE

BAB 1
Dasar Teori Elektron

1.1 Pendahuluan
Benda (padat, cair, gas) → molekul → atom (partikel terkecil). Elektron yang
terdapat pada kulit terluar disebut elektron Valensi, karena menunjukkan valensi
dari suatu atom. Bila atom kelebihan elektron disebut atom bermuatan negative (ion
negative). Bila atom kekurangan elektron (terdapat hole/lubang) disebut atom
bermuatan positive (ion positive).
Elektron yang terlepas dari lintasannya disebut elektron bebas, elektron
bebaslah yang membentuk suatu aliran listrik/elektron. Konduktor adalah bahan
yang banyak mengandung elektron bebas, sehingga aliran listrik dapat mengalir
dengan mudah melalui bahan tersebut. Isolator (penyekat) adalah bahan yang
sedikit atau tidak terdapat elektron bebas, sehingga elektron tidak dapat atau sukar
mengalir melalui bahan tersebut.
1.1.1 Deskripsi
Untuk mempelajari teori elektron sehingga timbul aliran listrik, maka harus
mengetahui besaran-besaran listrik. Besaran-besaran listrik yang mempengaruhi
timbulnya aliran listrik, antara lain arus listrik, tahanan, dan tegangan. Apabila ketiga
komponen besaran listrik ini menjadi sebuah rangkaian, maka disebut rangkaian
listrik.

1.1.2 Manfaat dan Relevansi
Teori elektron merupakan ilmu dasar dalam teknik elektro yang harus
diketahui, karena ilmu dalam teknik elektro tidak akan lepas dari besaran-besaran
listrik. Teori elektron ini akan sangat berguna untuk mempelajari rangkaian listrik,
elektronika daya, dasar elektronika, dan matakuliah lainnya yang berhubungan
dengan arus listrik.

Ilmu Bahan Listrik

-1-

1.1.3 Standart Kompetensi
Untuk mempelajari ilmu dalam teknik elektro lebih lanjut maka harus
menguasai ilmu dasar dalam teknik elektro, ilmu dasar teknik elektro tersebut
adalah teori elektron.
1.1.4 Kompetensi Dasar
Setelah mempelajari bab ini diharapkan dapat memahami dan menguasai apa
yang dimaksud ; besaran-besaran listrik, arus listrik, resistansi (tahanan), potensial
(tegangan), dan rangkaian listrik.
1.2 Besaran-besaran listrik

Besaran-besaran listrik ( V, I, R) yang disebut juga dengan hukum ohm, yaitu
kuat arus listrik berbanding lurus dengan tegangan dan berbanding terbalik dengan
hambatan.
I 

dimana :

V
V
 V  IxR  R 
R
I

I ; kuat arus, satuannya Ampere (A)
V ; tegangan, satuannya Volt (V)
R ; hambatan, satuannya Ohm (Ω)

1.3 Arus Listrik
Arus listrik adalah mengalirnya elektron secara terus menerus dan
berkesinambungan pada konduktor akibat perbedaan jumlah elektron pada

beberapa lokasi yang jumlah elektronnya tidak sama. satuan arus listrik adalah
Ampere. Arus listrik bergerak dari terminal positif (+) ke terminal negatif (-),
sedangkan aliran listrik dalam kawat logam terdiri dari aliran elektron yang bergerak
dari terminal negatif (-) ke terminal positif (+), arah arus listrik dianggap berlawanan
dengan arah gerakan elektron. Untuk lebih jelasnya lihat gambar berikut ;

Ilmu Bahan Listrik

-2-

Gambar 1. Arah arus listrik dan arah gerakan elektron.

Kuat arus listrik adalah arus yang tergantung pada banyak sedikitnya
elektron bebas yang pindah melewati suatu penampang kawat dalam satuan waktu.
Benda bergerak karena ada gaya yang bekerja padanya. Muatan listrik bergerak
karena ada gaya, dimana gaya yang bekerja pada muatan listrik timbul karena
adanya medan listrik, yang besarnya ;
F QxE

dimana :

F = gaya (Newton)
Q = muatan (coulomb)
N

E = medan listrik ( Coulomb )
Arus listrik adalah jumlah muatan listrik yang mengalir persatuan waktu, sehingga
besarnya arus listrik

1 ampere menyatakan banyaknya muatan yang mengalir

sebesar 1 coulomb setiap detik.
“1 ampere arus adalah mengalirnya elektron sebanyak 624x 1016 (6,24151 × 1018 )
atau sama dengan 1 Coulumb per detik melewati suatu penampang konduktor”
Rumus – rumus untuk menghitung banyaknya muatan listrik, kuat arus dan waktu :
i

dimana :

dq

dt



I 

Q
t

I = besarnya arus listrik yang mengalir, (ampere)
Q = besarnya muatan listrik, (coulomb))
t = waktu, (detik)

Sehingga ampere adalah satuan kuat arus listrik yang dapat memisahkan 1,118
milligram perak dari nitrat perak murni dalam satu detik. “Kuat arus listrik biasa juga
disebut dengan arus listrik”. Muatan listrik memiliki muatan positip dan muatan
negatif. Muatan positip dibawa oleh proton, dan muatan negatif dibawa oleh elektro.
Satuan muatan ”coulomb (C)”, muatan proton +1,6 x 10 19 C, sedangkan muatan

Ilmu Bahan Listrik

-3-

elektron -1,6 x 1019 C. Muatan yang bertanda sama saling tolak menolak, muatan
bertanda berbeda saling tarik menarik.
“Rapat arus adalah besarnya arus listrik tiap-tiap mm² luas penampang kawat”.

Gambar 2. Kerapatan arus listrik.

Arus listrik mengalir dalam kawat penghantar secara merata menurut luas
penampangnya. Arus listrik 12 A mengalir dalam kawat berpenampang 4mm², maka
kerapatan arusnya 3A/mm² (12A/4 mm²), ketika penampang penghantar mengecil
1,5mm², maka kerapatan arusnya menjadi 8A/mm² (12A/1,5 mm²). Kerapatan arus
berpengaruh pada kenaikan temperatur. Suhu penghantar dipertahankan sekitar
300°C, dimana kemampuan hantar arus kabel sudah ditetapkan dalam tabel
Kemampuan Hantar Arus (KHA).
Tabel 1. Kemampuan Hantar Arus (KHA)

Berdasarkan tabel KHA kabel pada tabel diatas, kabel berpenampang 4 mm², 2 inti
kabel memiliki KHA 30A, memiliki kerapatan arus 8,5A/mm². Kerapatan arus

berbanding terbalik dengan penampang penghantar, semakin besar penampang
penghantar kerapatan arusnya mengecil.
Rumus-rumus dibawah ini untuk menghitung besarnya rapat arus, kuat arus dan
penampang kawat :
Ilmu Bahan Listrik

-4-

J = I/A
I=JxA
A = I/J
dimana: J = Rapat arus [ A/mm²]
I = Kuat arus [ Amp]
A = luas penampang kawat [ mm²]
1.4

Tahanan dan Daya Hantar Penghantar
Penghantar dari bahan metal mudah mengalirkan arus listrik, tembaga dan

aluminium memiliki daya hantar listrik yang tinggi. Bahan terdiri dari kumpulan atom,

setiap atom terdiri proton dan elektron. Aliran arus listrik merupakan aliran elektron.
Elektron bebas yang mengalir ini mendapat hambatan saat melewati atom
sebelahnya. Akibatnya terjadi gesekan elektron denganatom dan ini menyebabkan
penghantar panas. Tahanan penghantar memiliki sifat menghambat yang terjadi
pada setiap bahan.
Tahanan didefinisikan sebagai berikut : “1 Ω (satu Ohm) adalah Besarnya
tahanan satu kolom air raksa yang panjangnya 1063 mm dengan penampang 1
mm² pada temperatur 0° C"
Daya hantar didefinisikan sebagai berikut : “Kemampuan penghantar arus
atau daya hantar arus sedangkan penyekat atau isolasi adalah suatu bahan yang
mempunyai tahanan yang besar sekali sehingga tidak mempunyai daya hantar atau
daya hantarnya kecil yang berarti sangat sulit dialiri arus listrik”.
Rumus untuk menghitung besarnya tahanan listrik terhadap daya hantar arus:
1
G
1
G 
R
R 

dimana : R = Tahanan/resistansi [ Ω/ohm]
G = Daya hantar arus /konduktivitas [Y/mho]

Ilmu Bahan Listrik

-5-

Gambar 3. Resistansi Konduktor

Tahanan

penghantar

besarnya

berbanding

terbalik

terhadap

luas

penampangnya dan juga besarnya tahanan konduktor sesuai hukum Ohm.
“Bila suatu penghantar dengan panjang

l

, dan diameter penampang q serta

tahanan jenis ρ (rho), maka tahanan penghantar tersebut adalah” :
R

dimana :

 xl
q

R = tahanan kawat [ Ω/ohm]
l = panjang kawat [meter/m]

ρ = tahanan jenis kawat [Ωmm²/meter]
q = penampang kawat [mm²]

faktot-faktor yang mempengaruhi nilai resistant atau tahanan, karena tahanan suatu
jenis material sangat tergantung pada :
• panjang penghantar.
• luas penampang konduktor.
• jenis konduktor .
• temperatur.
"Tahanan penghantar dipengaruhi oleh temperatur, ketika temperatur meningkat
ikatan atom makin meningkat akibatnya aliran elektron terhambat. Dengan demikian
kenaikan temperatur menyebabkan kenaikan tahanan penghantar".

1.5

Potensial atau Tegangan

Ilmu Bahan Listrik

-6-

Potensial listrik adalah fenomena berpindahnya arus listrik akibat lokasi yang
berbeda potensialnya. dari hal tersebut, kita mengetahui adanya perbedaan
potensial listrik yang sering disebut “potential difference atau perbedaan potensial”.
satuan dari potential difference adalah Volt.
“Satu Volt adalah beda potensial antara dua titik saat melakukan usaha satu
joule untuk memindahkan muatan listrik satu coulomb”. Atau Tegangan sebesar 1
Volt bila ada muatan sebesar 1 Coulomb berpindah dari satu titik ketitik yang lain
dan menghasilkan energi sebesar 1 joule.
V 

Satuan tegangan adalah Volt =

W
Q



W  V xQ

Joule
Coulomb

Sedangkan daya (P) adalah tenaga persatuan waktu.
P

V xQ
t

 P  V xI

W  V . I. t

( watt atau joule

coulomb

)

( watt sec atau joule)

dimana : V = beda potensial atau tegangan, dalam volt
W = usaha, dalam newton-meter atau Nm atau joule
Q = muatan listrik, dalam coulomb
1.6

Rangkaian Listrik
Pada suatu rangkaian listrik akan mengalir arus, apabila dipenuhi syarat-

syarat sebagai berikut :
1. Adanya sumber tegangan
2. Adanya alat penghubung
3. Adanya beban

Gambar 4. Rangkaian Listrik.

Pada kondisi sakelar S terbuka maka arus tidak akan mengalir melalui beban.
Apabila sakelar S ditutup maka akan mengalir arus ke beban R dan Ampere meter

Ilmu Bahan Listrik

-7-

akan menunjuk. Dengan kata lain syarat mengalir arus pada suatu rangkaian harus
tertutup.
1.6.1 Alat Ukur.
Pemasangan alat ukur Volt meter dipasang paralel dengan sumber tegangan
atau beban, karena tahanan dalam dari Volt meter sangat tinggi. Sebaliknya
pemasangan alat ukur Ampere meter dipasang seri, hal ini disebabkan tahanan
dalam dari Amper meter sangat kecil.
“Alat ukur tegangan adalah voltmeter dan alat ukur arus listrik adalah amperemeter”
1.6.2 Hukum Ohm
Pada suatu rangkaian tertutup, Besarnya arus I berubah sebanding dengan
tegangan V dan berbanding terbalik dengan beban tahanan R, atau dinyatakan
dengan Rumus :

V
R
V I x R
V
R 
I
I 

dimana ; I = arus listrik, ampere
V = tegangan, volt
R = resistansi atau tahanan, ohm
Sehingga untuk menghitung Daya (P), dalam satuan watt adalah:
P=IxV
P=IxIxR
P = I² x R

1.6.3 Hukum Kirchoff
Pada setiap rangkaian listrik, jumlah aljabar dari arus-arus yang bertemu di
satu titik adalah nol (ΣI = 0).
Ilmu Bahan Listrik

-8-

Gambar 5. loop arus“ KIRCHOFF “

Berdasarkan hukum Kirchoff

di atas maka di dapatkan besarnya nilai masing-

masing arus adalah sebagai berikut :
I1 + (-I2) + (-I3) + I4 + (-I5 ) = 0
I1 + I4 = I2 + I3 + I5
1.7 Rangkuman
Besaran-besaran listrik ( V, I, R) yang disebut juga dengan hukum ohm, yaitu
kuat arus listrik berbanding lurus dengan tegangan dan berbanding terbalik dengan
hambatan. Kuat arus listrik adalah arus yang tergantung pada banyak sedikitnya
elektron bebas yang pindah melewati suatu penampang kawat dalam satuan waktu.
Arus listrik adalah jumlah muatan listrik yang mengalir persatuan waktu, sehingga
besarnya arus listrik

1 ampere menyatakan banyaknya muatan yang mengalir

sebesar 1 coulomb setiap detik.
Tahanan didefinisikan sebagai berikut : 1 Ω (satu Ohm) adalah tahanan satu
kolom air raksa yang panjangnya 1063 mm dengan penampang 1 mm² pada
temperatur 0°C. Daya hantar didefinisikan sebagai berikut : “Kemampuan
penghantar arus atau daya hantar arus sedangkan penyekat atau isolasi adalah
suatu bahan yang mempunyai tahanan yang besar sekali sehingga tidak
mempunyai daya hantar atau daya hantarnya kecil yang berarti sangat sulit dialiri
arus listrik”. Potensial listrik adalah fenomena berpindahnya arus listrik akibat lokasi
yang berbeda potensialnya.
Satu Volt adalah beda potensial antara dua titik saat melakukan usaha satu joule
untuk memindahkan muatan listrik satu coulomb
Ilmu Bahan Listrik

-9-

Pada suatu rangkaian listrik akan mengalir arus, apabila dipenuhi syaratsyarat sebagai berikut :
1. Adanya sumber tegangan
2. Adanya alat penghubung
3. Adanya beban
Alat ukur tegangan adalah voltmeter dan alat ukur arus listrik adalah amperemeter.
Pada suatu rangkaian tertutup, Besarnya arus I berubah sebanding dengan
tegangan V dan berbanding terbalik dengan beban tahanan R. Pada setiap
rangkaian listrik, jumlah aljabar dari arus-arus yang bertemu di satu titik adalah nol
(ΣI = 0).
1.8 Latihan Soal
1. Jelaskan apa yang kamu ketahui tentang elektron, dan apa hubungannya
dengan aliran listrik.
2. Jumlah beban listrik dalam suatu rumah tangga 700 Watt dengan tegangan
kerja 220 Volt, hitunglah besar pengaman arus yang harus digunakan, dan
besarnya nilai hambatan seluruhnya.
3. Sebuah penghantar dengan panjang 8 meter dan muatan yang mengalir
dalam penghantar 125 C dengan kecepatan waktu mengalir 5 detik,
penghantar mempunyai tahanan jenis 0,5 Ώmm 2/m dan bekerja pada
tegangan 110 Volt, hitunglah besar penampang penghantar yang
digunakan.
1.9 Glosarium
Arus listrik adalah jumlah muatan listrik yang mengalir persatuan waktu,
sehingga besarnya arus listrik 1 ampere menyatakan banyaknya muatan
yang mengalir sebesar 1 coulomb setiap detik.
Alat ukur tegangan adalah voltmeter dan alat ukur arus listrik adalah
amperemeter.
Besaran-besaran listrik ( V, I, R) yang disebut juga dengan hukum ohm, yaitu
kuat arus listrik berbanding lurus dengan tegangan dan berbanding
terbalik dengan hambatan.
Daya hantar didefinisikan sebagai berikut : “Kemampuan penghantar arus atau
daya hantar arus sedangkan penyekat atau isolasi adalah suatu bahan
Ilmu Bahan Listrik

- 10 -

yang mempunyai tahanan yang besar sekali sehingga tidak mempunyai
daya hantar atau daya hantarnya kecil yang berarti sangat sulit dialiri arus
listrik”.
Kuat arus listrik adalah arus yang tergantung pada banyak sedikitnya elektron
bebas yang pindah melewati suatu penampang kawat dalam satuan
waktu.
Potensial listrik adalah fenomena berpindahnya arus listrik akibat lokasi yang
berbeda potensialnya.
Pada suatu rangkaian tertutup, Besarnya arus I berubah sebanding dengan
tegangan V dan berbanding terbalik dengan beban tahanan R.
Pada setiap rangkaian listrik, jumlah aljabar dari arus-arus yang bertemu di
satu titik adalah nol (ΣI=0).
Satu Volt adalah beda potensial antara dua titik saat melakukan usaha satu
joule untuk memindahkan muatan listrik satu coulomb
Tahanan didefinisikan sebagai berikut : “1 Ω (satu Ohm) adalah tahanan satu
kolom air raksa yang panjangnya 1063 mm dengan penampang 1 mm²
pada temperatur 0° C".
1.10

Daftar Pustaka
Gerris, P.M.J. Ilmu Bahan-bahan Terj. M. Pamenan, Jakarta, PT. Pradnya
Paramita.
Kempster, M.H.A. Materials for engineers, 1981.
Muhaimin, Bahan-bahan Listrik untuk Politeknik, Jakarta, PT. Pradnya
Paramita.
Wagmeuller, H.R. dan Prastawa, I.B. Pengetahuan Bahan, Bandung:
Politeknik Mekanik Swiss-ITB.

BAB 2
Bahan Penyekat/Isolasi

2.1 Pendahuluan
Ilmu Bahan Listrik

- 11 -

Bahan penyekat/isolasi adalah bahan yang bersifat mengisolir arus listrik,
artinya suatu bahan yang mempunyai tahanan yang besar sekali terhadap arus
listrik. Bahan isolasi pada umumnya terdiri dari bahan-bahan organik dan anorganik yang diperoleh dari proses kimia.
Sedangkan berdasarkan teori atom bahan penyekat adalah bahan yang
susunan atomnya sedemikian rupa sehingga elektron di valence band tidak mampu
pindah ke conduction band karena energi gap-nya besar sekali, sehingga di
conduction band tidak terdapat pembawa muatan.
Agar elektron di valence band dapat pindah ke conduction band diperlukan
energi luar yang besar sekali, yaitu tegangan tembus (breakdown voltage). Berikut
ini bentuk dari diagram pita energi untuk bahan isolasi, semikonduktor, dan
konduktor.

C
B
F
B
B
BB
V
B

Bahan Isolasi

C
B
F
B
VB
B
VB
B
B

Bahan Semikonduktor

C
B
OL
B

Bahan Konduktor

Keterangan gambar :
- CB = Conduction Band
- FB = Forbidden Band
- VB = Valence Band
- OL = Over Lopping
Gambar 6. Diagram pita energi bahan isolasi, semikonduktor, konduktor

2.1.1 Deskripsi
Bahan

penyekat

digunakan

untuk

memisahkan

bagian-bagian

yang

bertegangan. Penyekat membutuhkan bahan yang mempunyai resistivitas yang
besar agar arus yang bocor sekecil mungkin (dapat diabaikan). Resistivitas juga
akan turun jika tegangan yang diberikan naik. Besarnya kerugian energi yang
Ilmu Bahan Listrik

- 12 -

diserap bahan isolasi tersebut berbanding lurus dengan tegangan, frekuensi,
kapasitansi, dan sudut kerugian dielektrik.
2.1.2 Manfaat dan Relevansi
Untuk mengetahui sifat-sifat dari bahan isolasi sehingga dapat dipilih bahanbahan yang tepat untuk suatu sistem isolasi, agar dihasilkan suatu rancangan yang
paling ekonomis. Dalam menentukan dimensi suatu sistem isolasi, dibutuhkan
pengetahuan yang pasti mengenai jenis, besaran dan durasi tekanan elektrik yang
akan dialami bahan isolasi tersebut, dan disamping itu juga perlu untuk
mempertimbangkan kondisi sekitar dimana bahan isolasi akan ditempatkan.
2.1.3 Standart Kompetensi
Setelah mempelajari karakteristik, sifat-sifat suatu bahan seorang sarjana
teknik elektro diharapkan dapat merencanakan dan menempatkan suatu bahan
yang berisolasi sesuai dengan penggunaannya.
2.1.4 Kompetensi Dasar
Setelah mempelajari bahan isolasi/penyekat ini diharapkan dapat menguasai
sifat-sifat bahan penyekat, jenis/macam-macam bahan penyekat, kelas bahan
penyaekat, sehingga dapat menempatkan bahan penyekat sesuai fungsinya.

2.2 Sifat Dielektrik Bahan Isolasi
Dalam menentukan dimensi suatu sistem isolasi, dibutuhkan pengetahuan
yang pasti mengenai jenis, besaran dan durasi tekanan elektrik yang akan dialami
bahan isolasi tersebut, dan disamping itu juga perlu untuk mempertimbangkan
kondisi sekitar dimana isolasi akan ditempatkan. selain itu, perlu juga untuk
mengetahui sifat-sifat dari bahan isolasi sehingga dapat dipilih bahan-bahan yang
tepat untuk suatu sistem isolasi, dengan demikian akan dihasilkan suatu rancangan
yang paling ekonomis.
Fungsi yang penting dari suatu bahan isolasi adalah :
1. Untuk mengisolasi antara suatu penghantar dengan penghantar lainnya.
misalnya antara konduktor fasa dengan konduktor fasa lainnya, atau konduktor
fasa dengan tanah.
Ilmu Bahan Listrik

- 13 -

2. Untuk menahan gaya mekanis akibat adanya arus pada konduktor yang
diisolasi,
3. Mampu menahan tekanan yang diakibatkan panas dan reaksi kimia.
Tekanan yang diakibatkan oleh medan listrik, gaya mekanik, thermal dan
reaksi kimia dapat saja terjadi serentak, sehingga perlu diketahui efek bersama dari
semua parameter tersebut, dengan kata lain suatu bahan isolasi dinyatakan
ekonomis jika bahan tersebut dapat menahan semua tekanan tersebut dalam
jangka waktu yang lama.
Sifat listrik yang dibutuhkan untuk suatu bahan isolasi adalah sebagai berikut :
1. Mempunyai Kekuatan Dielektrik (KD) yang tinggi, agar dimensi sistem isolasi
menjadi kecil dan penggunaan bahan semakin sedikit, sehingga harganya pun
akan semakin murah.
2. Rugi-rugi dielektriknya rendah, agar suhu bahan isolasi tidak melebihi batas
yang ditentukan.
3. Memiliki kekuatan kerak (tracking strength) yang tinggi, agar tidak terjadi erosi
karena tekanan listrik permukaan.
4. Memiliki konstanta dielektrik yang tepat dan cocok, sehingga membuat arus
pemuatan (charging current) tidak melebihi batas yang diijinkan.
Bahan isolasi juga sekaligus merupakan bahan konstruksi peralatan, oleh karena itu
ia juga memikul beban mekanis, sehingga bahan isolasi harus memenuhi
persyaratan mekanis yang dibutuhkan. Sifat mekanis yang dibutuhkan tergantung
pada pemakaian, seperti diberikan dibawah ini.
- Isolator hantaran udara, sifat mekanis terpentingnya Kekuatan regangan (tensile
strength).
- Isolator pendukung pada gardu, sifat mekanis terpentingnya Kekuatan tekuk
(bending strength).
- Isolator antena, sifat mekanis terpentingnya Kekuatan tekan (pressure strength).
- Pemutus daya (circuit breaker), sifat mekanis terpentingnya Kekuatan tekanan
dadakan (bursting pressure withstand).
Karakteristik

mekanis,

seperti

elastisitas,

kekenyalan

dan

lain-lain,

mempunyai hubungan yang nyata dengan tekanan dan ketepatan rancangan.
Peralatan-peralatan listrik akan mengalami kenaikan suhu selama beroperasi, baik

Ilmu Bahan Listrik

- 14 -

pada tegangan kerja normal maupun dalam kondisi gangguan, sehingga bahan
isolasi harus memiliki sifat themal sebagai berikut :
- kemampuan untuk menahan panas tinggi (daya tahan panas)
- kerentanan terhadap perubahan bentuk pada keadaan panas.
- konduktivitas panas tinggi.
- koefisien muai panas rendah.
- tidak mudah terbakar.
- tahan terhadap busur api, dan lain-lain.
Bahan isolasi harus dapat menyesuaikan diri terhadap lingkungan dimana
bahan itu digunakan. Oleh karena itu bahan isolasi harus memiliki kemampuan
sebagai berikut :
- memiliki daya tahan terhadap minyak dan ozon.
- memiliki kekedapan dan kekenyalan higroskopis yang tinggi.
- daya serap air rendah.
- stabil ketika mengalami radiasi.
Bahan isolasi untuk sistem tegangan tinggi sering menetapkan beberapa
persyaratan, dan diantaranya ada yang saling bertentangan. Oleh karena itu dalam
pemilihan bahan isolasi untuk suatu keperluan khusus sering dilakukan dengan
mencari kompromi antara penyimpangan kebutuhan dengansifat yang diinginkan,
sehingga pemilihan yang benar-benar memuaskan tidak terpenuhi. ada enam sifat
listrik dielektrik, yaitu:
1. Kekuatan dielektrik
2. Konduktansi
3. Rugi-rugi dielektrik
4. Tahanan isolasi
5. Peluahan parsial (partial discharge)
6. Kekuatan kerak isolasi (tracking strength)
2.3 Sifat-sifat Bahan Penyekat
Bahan

penyekat

digunakan

untuk

memisahkan

bagian-bagian

yang

bertegangan. Untuk itu pemakaian bahan penyekat perlu mempertimbangkan sifat
kelistrikanya. Di samping itu juga perlu mempertimbangkan sifat termal, sifat
mekanis, dan sifat kimia. Sifat kelistrikan mencakup resistivitas, permitivitas, dan
kerugian dielektrik. Penyekat membutuhkan bahan yang mempunyai resistivitas
Ilmu Bahan Listrik

- 15 -

yang besar agar arus yang bocor sekecil mungkin (dapat diabaikan). Yang perlu
diperhatikan di sini adalah bahwa bahan isolasi yang higroskopis hendaknya
dipertimbangkan penggunaannya pada tempat-tempat yang lembab karena
resistivitasnya akan turun. Resistivitas juga akan turun jika tegangan yang diberikan
naik.
Besarnya kapasitansi bahan isolasi yang berfungsi sebagai dielektrik
ditentukan oleh permitivitasnya, di samping jarak dan luas permukaannya. Besarnya
permitivitas udara adalah 1,00059, sedangakan untuk zat padat dan zat cair selalu
lebih besar dari itu. Apabila bahan isolasi diberi tegangan bolak-balik maka akan
terdapat energi yang diserap oleh bahan tersebut. Besarnya kerugian energi yang
diserap bahan isolasi tersebut berbanding lurus dengan tegangan, frekuensi,
kapasitansi, dan sudut kerugian dielektrik. Sudut tersebut terletak antara arus
kapasitif dan arus total (Ic + Ir).
Suhu juga berpengaruh terhadap kekuatan mekanis, kekerasan, viskositas,
ketahanan terhadap pengaruh kimia dan sebagainya. Bahan isolasi dapat rusak
diakibatkan oleh panas pada kurun waktu tertentu. Waktu tersebut disebut umur
panas bahan isolasi. Sedangakan kemampuan bahan menahan suhu tertentu tanpa
terjadi

kerusakan

disebut

ketahanan

panas.

Menurut

IEC

(International

Electrotechnical Commission) didasarkan atas batas suhu kerja bahan, bahan
isolasi yang digunakan pada suhu di bawah nol (missal pada pesawat terbang,
pegunungan) perlu juga diperhitungkan karena pada suhu di bawah nol bahan
isolasi akan menjadi keras dan regas. Pada mesin-mesin listrik, kenaikan suhu
pada penghantar dipengaruhi oleh resistansi panas bahan isolasi.
Bahan isolasi tersebut hendaknya mampu meneruskan panas yang
didesipasikan oleh penghantar atau rangkaian magnetik ke udara sekelilingnya.
Kemampuan larut bahan isolasi, resistansi kimia, higroskopis, permeabilitas uap,
pengaruh tropis, dan resistansi radio aktif perlu dipertimbangkan pada penggunaan
tertentu. Kemampuan larut diperlukan dalam menentukan macam bahan pelarut
untuk suatu bahan dan dalam menguji kemampuan bahan isolasi terhadap cairan
tertentu selama diimpregnasi atau dalam pemakaian. Kemampuan larut bahan
padat dapat dihitung berdasarkan banyaknya bagian permukaan bahan yang dapat
larut setiap satuan waktu jika diberi bahan pelarut. Umumnya kemampuan larut
bahan akan bertambah jika suhu dinaikkan.

Ilmu Bahan Listrik

- 16 -

Ketahanan terhadap korosi akibat gas, air, asam, basa, dan garam. Bahan
isolasi juga bervariasi antara satu pemakaian bahan isolasi di daerah yang
konsentrasi kimianya aktif, instalasi tegangan tinggi, dan suhu di atas normal. Uap
air dapat memperkecil daya isolasi bahan. Karena bahan isolasi juga mempunyai
sifat higroskopis maka selama penyimpanan atau pemakaian diusahakan agar tidak
terjadi penyerapan uap air oleh bahan isolasi, dengan memberikan bahan penyerap
uap air, yaitu senyawa P2O5 atau CaC12. Bahan yang molekulnya berisi kelompok
hidroksil (OH) higrokopisitasnya relative besar dibanding bahan parafin dan polietilin
yang tidak dapat menyerap uap air.
Bahan isolasi hendaknya juga mempunyai permeabilitas uap (kemampuan
untuk dilewati uap) yang besar, khususnya bagi bahan yang digunakan untuk isolasi
kabel dan rumah kapasitor. Di daerah tropis basah dimungkinkan tumbuhnya jamur
dan serangga. Suhu yang tinggi disertai kelembaban dalam waktu lama dapat
menyebabkan turunnya kemampuan isolasi. Oleh karena bahan isolasi hendaknya
dipisi bahan anti jamur (paranitro phenol, dan pentha chloro phenol).
Pemakaian bahan isolasi sering dipengaruhi bermacam-macam energi
radiasi yang dapat berpengaruh dan mengubah sifat bahan isolasi. Radiasi sinar
matahari mempengaruhi umur bahan, khususnya jika bersinggungan dengan
oksigen. Sinar ultra violet dapat merusak beberapa bahan organic. T yaitu kekuatan
mekanik elastisitas. Sinar X sinar-sinar dari reactor nuklir, partikel-partikel radio
isotop juga mempengaruhi kemampuan bahan isolasi. Sifat mekanis bahan yang
meliputi kekuatan tarik, modulus elastisitas, dan derajat kekerasan bahan isolasi
juga menjadi pertimbangan dalam memilih suatu jenis bahan isolasi.
2.4 Pembagian Kelas Bahan Penyekat
Bahan penyekat listrik dapat dibagi atas beberapa kelas berdasarkan suhu
kerja maksimum, yaitu sebagai berikut :

1. Kelas Y, suhu kerja maksimum 90°C
Yang termasuk dalam kelas ini adalah bahan berserat organis (seperti Katun,
sutera alam, wol sintetis, rayon serat poliamid, kertas, prespan, kayu, poliakrilat,
polietilen, polivinil, karet, dan sebagainya) yang tidak dicelup dalam bahan

Ilmu Bahan Listrik

- 17 -

pernis atau bahan pencelup lainnya. Termasuk juga bahan termoplastik yang
dapat lunak pada suhu rendah.
2. Kelas A, suhu kerja maksimum 150°C
Yaitu bahan berserat dari kelas Y yang telah dicelup dalam pernis aspal atau
kompon, minyak trafo, email yang dicampur dengan vernis dan poliamil atau
yang terendam dalam cairan dielektrikum (seperti penyekat fiber pada
transformator yang terendam minyak). Bahan -bahan ini adalah katun, sutera,
dan kertas yang telah dicelup, termasuk kawat email (enamel) yang terlapis
damar-oleo dan damar-polyamide.
3. Kelas E, suhu kerja maksimum 120°C
Yaitu bahan penyekat 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, suhu kerja maksimum 130°C
Yaitu Yaitu bahan non-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, suhu kerja maksimum 155°C
Bahan bukan organik dicelup atau direkat menjadi satu dengan epoksi,
poliurethan, atau vernis yang tahan panas tinggi.
6. Kelas H, suhu kerja maksimum 180°C
Semua bahan komposisi dengan bahan dasar mika, asbes dan gelas fiber yang
dicelup dalam silikon tanpa campuran bahan berserat (kertas, katun, dan
sebagainya). Dalam kelas ini termasuk juga karet silikon dan email kawat
poliamid murni.
7. Kelas C, suhu kerja diatas 180°C
Bahan anorganik yang tidak dicelup dan tidak terikat dengan substansi organic,
misalnya mika, mikanit yang tahan panas (menggunakan bahan pengikat
anorganik), mikaleks, gelas, dan bahan keramik. Hanya satu bahan organik saja
yang termasuk kelas C yaitu politetra fluoroetilen (Teflon).

Ilmu Bahan Listrik

- 18 -

Suatu bahan dapat berbentuk padat, cair, atau gas. Wujud bahan tertentu
juga bisa berubah karena pengaruh suhu. Selain pengelompokkan berdasarkan
wujud tersebut dalam teknik listrik bahan-bahan juga dapat dikelompokkan sebagai
berikut.
1. Bahan Penghantar (konduktor)
2. Bahan Penyekat (isolator/insulator)
3. Bahan Setengah Penghantar (semi konduktor)
4. Bahan Magnetis.
5. Bahan Super Konduktor.
6. Bahan Nuklir.
7. Bahan Khusus (bahan untuk pembuatan kontak-kontak, untuk sekering,
dan sebagainya)
1. Bahan Penghantar (konduktor) adalah bahan yang menghantarkan listrik dengan
mudah. Bahan ini mempunyai daya hantar listrik (Electrical Conductivity) yang
besar dan tahanan listrik (Electrical Resistance) kecil. Bahan penghantar listrik
berfungsi untuk mengalirkan arus listrik. Perhatikan fungsi kabel, kumparan/lilitan
pada alat listrik yang anda jumpai. Juga pada saluran transmisi/distribusi. Dalam
teknik listrik, bahan penghantar yang sering dijumpai adalah tembaga dan
alumunium.
2. Bahan Penyekat (Insulator/isolator) adalah bahan yang befungsi untuk menyekat
(misalnya antara 2 penghantar); agar tidak terjadi aliran listrik/kebocoran arus
apabila kedua penghantar tersebut bertegangan. Jadi bahan penyekat harus
mempunyai tahanan jenis besar dan tegangan tembus yang tinggi. Bahan
penyekat yang sering ditemui dalam teknik listrik adalah : plastik, karet, dan
sebagainya.
3. Bahan Setengah Penghantar (Semi Konduktor) adalah bahan yang mempunyai
daya hantar lebih kecil dibanding bahan konduktor, tetapi lebih besar dibanding
bahan isolator. Dalam teknik elektronika banyak dipakai semikonduktor dari
bahan germanium (Ge) dan silicon (Si). Dalam keadaan aslinya, Ge dan Si
adalah bahan pelikan dan merupakan isolator. Di Pabrik bahan-bahan tersebut
diberi kotoran. Jika bahan tersebut dikotori dengan alumunium maka diperoleh
bahan semikonduktor type P (bahan yang kekurangan elektron/mempunyai sifat
positif). Jika dikotori dengan fosfor maka yang dipeoleh adalah semikonduktor
Ilmu Bahan Listrik

- 19 -

jenis N (bahan yang kelebihan electron, sehingga bersifat negative). Ge
mempunyai daya hantar lebih tinggi dibandingkan Si, sedangkan Si lebih tahan
panas dibanding Ge.
4. Bahan Magnetik (Magnetic Materials) dikelompokkan menjadi 3 kelompok, yaitu
ferro magnetic, para-magnetic dan dia-magnetic. Bahan ferro-magnetic adalah
bahan yang mempunyai permeabilitas tinggi dan mudah sekali dialiri garis-garis
gaya magnet. Contoh bahan yang mempunyai permeabilitas tinggi adalah besi,
besi pasir, stalloy, dan sebagainya. Selain itu sering dijumpai magnet yang
merupakan magnet permanen, misalnya alnico, cobalt, baja arang, dan
sebagainya. Baja untuk magnet sering dijumpai pada pelat-pelat motor/generator,
pelat-pelat transformator, dan sebagainya. Dalam bidang elektronika, digunakan
bahan magnet misalnya pada speaker, alat-alat ukur elektronika, dan
sebagainya.
5. Bahan Super Konduktor. Pada tahun 1911, Kamerligh Onnes mengukur
perubahan tahanan listrik yang disebabkan oleh perubahan suhu Hg dalam
helium cair. Dia menemukan bahwa tahanan listrik tiba-tiba hilang pada suhu
4,153°K. Sampai saat ini telah ditemukan sekitar 24 unsur hantaran super dan
lebih banyak lagi paduan dan senyawa yang menunjukkan sifat-sifat hantaran
super. Temperatur kritisnya berkisar antara 1 samapai 19° Kelvin. Bahan-bahan
lead (timah), tin (timah patri), alumunium, dan mercury, pada sushu mendekati
0°K mempunyai resistivitas nol.
6. Bahan Nuklir. Bahan nuklir sering dipakai sebagai bahan baker reaktor nuklir.
Reaktor nuklir adalah pesawat yang mengandung bahan-bahan nuklir yang dapat
membelah, yang disusun sedemikian sehingga suatu reaksi berantai dapat
berjalan dalam keadaan dan kondisi terkendali. Dengan sendirinya syarat agar
suatu bahan dapat dipergunakan sebagai bahan bakar nuklir adalah bahan yang
dapat mengadakan fisi (pembelahan atom). Dalam reaktor nuklir digunakan
bahan bakar uranium 235, plutonium-239, uranium-233.
Dalam pemilihan jenis bahan listrik, selain sifat listrik, perlu dipertimbangkan
beberapa sifat lain dari bahan, yaitu :
A. Sifat Mekanis, yaitu perubahan bentuk dari suatu benda padat akibat adanya
gaya-gaya dari luar yang bekerja pada benda tersebut. Jadi adanya perubahan
itu tergantung kepada besar kecilnya gaya, bentuk benda, dan dari bahan apa

Ilmu Bahan Listrik

- 20 -

benda tersebut dibuat. Jika tidak ada gaya dari luar yang bekerja, maka ada tiga
kemungkinan yang akan terjadi pada suatu benda :
• Bentuk benda akan kembali ke bentuk semula, hal ini karena benda
mempunyai sifat kenyal (elastis)
• Bentuk benda sebagian saja akan kembali ke bentuk semula, hal ini hanya
sebagian saja yang dapat kembali ke bentuk semula karena besar gaya yang
bekerja melampaui batas kekenyalan sehingga sifat kekenyalan menjadi
berkurang.
• Bentuk benda berubah sama sekali, hal ini dapat terjadi karena besar gaya
yang bekerja jauh melampaui batas kekenyalan sehingga sifat kekenyalan
sama sekali hilang.
B. Sifat Fisis, Benda padat mempunyai bentuk yang tetap (bentuk sendiri), dimana
pada suhu yang tetap benda padat mempunyai isi yang tetap pula. Isi akan
bertambah atau memuai jika mengalami kenaikkan suhu dan sebaliknya benda
akan menyusut jika suhunya menurun. Karena berat benda tetap , maka
kepadatan

benda akan

bertambah, sehingga dapat disimpulkan sebagai

berikut :
• Jika isi (volume) bertambah (memuai), maka kepadatannya akan berkurang
• Jika isinya berkurang (menyusut), maka kepadatan akan bertambah
• Jadi benda lebih padat dalam keadaan dingin daripada dalam keadaan panas.
C. Sifat Kimia, berkarat adalah termasuk sifat kimia dari suatu bahan yang terbuat
dari logam. Hal ini terjadi karena reaksi kimia dari bahan itu sendiri dengan
sekitarnya atau bahan itu sendiri dengan bahan cairan. Biasanya reaksi kimia
dengan bahan cairan itulah yang disebut berkarat atau korosi. Sedangkan
reaksi kimia dengan sekitarnya disebut pemburaman.
Pengujian sifat mekanis bahan perlu dilakukan untuk mendapatkan informasi
spesifikasi bahan. Melalui pengujian tarik akan diperoleh besaran-besaran kekuatan
tarik, kekuatan mulur, perpanjangan, reduksi penampang, modulus elastis, resilien,
keuletan logam, dan lain-lain. Selain sifat-sifat tersebut dengan tidak secara terlalu
teknis, perlu diperhatikan kekerasan (hardness) dan kemampuan menahan goresan
(abrasion). Contoh sifat fisis yang sering diperlukan adalah berat jenis, titik lebur,
titik didih, titik beku, kalor lebur, dan sebagainya. Juga sifat perubahan volume,
wujud, dan panjang terhadap perubahan suhu. Perkaratan adalah contoh sifat
Ilmu Bahan Listrik

- 21 -

bahan akibat reaksi kimia; reaksi antara logam dengan oksigen yang ada di udara.
Sifat kimia juga termasuk sifat bahan yang beracun, kemungkinan mengadakan
reaksi dengan garam, asam, dan basa.
intisari
Selain bahan penyekat atau isolator di atas, ada bahan lain yang juga
banyak digunakan dalam teknik ketenagalistrikan yaitu bahan penghantar atau
sering dinamakan dengan istilah konduktor. Suatu bahan listrik yang akan dijadikan
penghantar, juga harus mempunyai sifat-sifat dasar penghantar itu sendiri seperti:
koefisien suhu tahanan, daya hantar panas, kekuatan tegangan tarik dan lain-lain.
Disamping itu juga penghantar kebanyakan menggunakan bentuk padat seperti
tembaga, aluminium, baja, seng, timah, dan lain-lain. Untuk keperluan komunikasi
sekarang

banyak

digunakan

bahan

penghantar

untuk

media

transmisi

telekomunikasi yaitu menggunakan serat optik.
Erat kaitannya dengan keperluan pembangkitan energi listrik, yaitu suatu
bahan magnetik yang akan dijadikan sebagai medium untuk konversi energi, baik
dari energi listrik ke energi mekanik, energi mekanik ke energi listrik, energi listrik
menjadi energi panas atau cahaya, maupun dari energi listrik menjadi energi listrik
kembali. Bahan magnetik ini tentunya harus memenuhi sifat-sifat kemagnetan, dan
parameter-parameter untuk dijadikan sebagai bahan magnet yang baik. Dalam
pemilihan bahan magnetik ini dapat dikelompokkan menjadi tiga macam, yaitu
ferromagnetik, paramagnetik, dan diamagnetik.
Suatu bahan yang sekarang lagi ngetren dan paling banyak sedang
dilakukan riset-riset di dunia ilmu pengetahuan dan teknologi yaitu bahan semi
konduktor. Berkembangnya dunia elektronika dan komputer saat ini adalah
merupakan salah satu peranan dari teknologi semikonduktor. Bahan ini sangat
besar peranannya pada saat ini pada berbagai bidang disipilin ilmu terutama di
bidang

teknik

elektro

seperti

teknologi

informasi,

komputer,

elektronika,

telekomunikasi, dan lain -lain. Berkaitan dengan bahan semi konduktor, pada saat
ini dapat dikelompokkan menjadi dua macam yaitu semi konduktor dan super
konduktor.
2.5 Jenis Bahan Isolasi
Dilihat dari jenis atau macamnya secara umun bahan isolasi dapat di
kelompokkan menjadi ;
Ilmu Bahan Listrik

- 22 -

• Bahan penyekat bentuk padat, bahan listrik ini dapat dikelompokkan menjadi
beberapa macam, diantaranya yaitu: bahan tambang, bahan berserat, gelas,
keramik, plastik, karet, ebonit dan bakelit, dan bahan-bahan lain yang
dipadatkan.
• Bahan penyekat bentuk cair, jenis penyekat ini yang banyak digunakan pada
teknik listrik adalah air, minyak transformator, dan minyak kabel.
• Bahan penyekat bentuk gas, yang sering digunakan untuk keperluan teknik listrik
diantaranya : udara, nitrogen, hidrogen, dan karbondioksida.
Dalam pengelompokan di atas akan dijelaskan sebagai berikut ;
a. Bahan Isolasi Gas
Bahan isolasi gas adalah digunakan sebagai pengisolasi dan sekaligus
sebagai media penyalur panas. Bahan isolasi gas yang dibahas dalam bab ini
adalah : udara, sulphur hexa fluorida (SF6) sebagai titik berat di damping gas-gas
lain yang lazim digunakan di dalam teknik listrik.
1. Udara
Udara merupakan bahan isolasi yang mudah didapatkan, mempunyai
tegangan tembus yang cukup besar yaitu 30 kV/ cm. Contoh yang mudah dijumpai
antara lain : pada JTR, JTM, dan JTT antara hantara yang satu dengan yang lain
dipisahkan dengan udara. Hubungan antara tegangan tembus dan jarak untuk
udara tidak linier seperti ditunjukkan pada gambar berikut.

Gambar 7. Vt = f (celah udara) pada p = 1 atm, F = 50 Hz

2. Sulphur Hexa Fluorida
Sulphur Hexa Fluorida (SF6) merupakan suatu gas bentukan antara unsur
sulphur dengan fluor dengan reaksi eksotermis :
Ilmu Bahan Listrik

- 23 -

S + 3 F2 ----------------SF6 + 262 kilo kalori
Molekul SF6 seperti ditunjukkan pada Gambar berikut ini.

Gambar. 8. Molekul sulphur hexa fluorida

Terlihat pada gambar 8 bahwa molekul SF6 mempunyai 6 atom Fluor yang
mengelilingi sebuah atom Sulphur, di sini masing-masing atom Fluo mengikat
1buah elektron terluar atom Sulphur. Dengan demikian maka SF6 menjadi gas yang
inert atau stabil seperti halnya gas mulia. Sampai saat ini SF6 merupakan gas
terberat yang mempunyai massa jenis 6,139 kg/m 3 yaitu sekitar 5 kali berat udara
pada suhu 00 celsius dan tekanan 1 atmosfir. Sifat lainnya adalah : tidak terbakar,
tidak larut pada air, tidak beracun, tidak berwarna dan tidak berbau. SF6 juga
merupakan bahan isolasi yang baik yaitu 2,5 kali kemampuan isolasi udara.
Perbandingan SF6 dengan beberapa gas lain seperti tercantum pada Tabel berikut ;
Tabel 2. Sifat beberapa Gas

Seperti telah disebutkan di atas, bahwa untuk pembentukan SF6 timbulpanas, ini
berarti bahwa pada pemisahan SF6 menjadi Sulphur dan Fluor memerlukan panas
dari sekelilingnya sebesar 262 k . kalori/ molekul. Hal ini tepat sekali digunakan
untuk bahan pendinginan pada peralatan listrik yang menimbulkan panas atau
Ilmu Bahan Listrik

- 24 -

bunga api pada waktu bekerja, misalnya : sakelar pemutus beban. Sifat dari SF6
sebagai media pemadam busur api dan relevansinya pada sakelar pemutus beban
adalah :
 Hanya

memerlukan

energi

yang

rendah

untuk

mengoperasikan

mekanismenya. Pada prinsipnya SF6 sebagai pemadam busur api adalah
tanpa memerlukan energi untuk mengkompresikannya, namun semata-mata
karena pengaruh panas busur api yang terjadi.
 Tekanan SF6 sebagai pemadam busur api maupun sebagai pengisolasi
dapat dengan mudah dideteksi.
 Penguraian pada waktu memadamkan busur api maupun pembentukannya
kembali setelah pemadaman adalah menyeluruh (tidak ada sisa unsure
pembentuknya)
 Relatif mudah terionisasi sehingga plasmanya pada CB konduktivitasnya
tetap rendah dibandingkan pada keadaan dingin. Hal ini mengurangi
kemungkinan busur api tidak stabil dengan demikian ada pemotongan arus
dan menimbulkan tegangan antar kontak.
 Karakteristik gas SF6 adalah elektro negatif sehingga penguraiannya
menjadikan dielektriknya naik secara bertahap.
 Transien frekuensi yang tinggi akan naik selama operasi pemutusan dan
dengan adanya hal ini busur api akan dipadamkan pada saat nilai arusnya
rendah.
3. Gas-gas lain
Gas bentukan fluoro organic misalnya C 7F14, C7F8, C14, F24 mempunyai
tegangan tembus yang tinggi, berkisar antara 6 – 10 kali tegangan tembus udara.
Pemakaian gas ini cocok untuk bahan isolasi pada alat-alat pemutus.
Gas karbon dioksoda (CO2) dapat digunakan sebagai gas residu pada bahan
dielektrik cair (minyak) pada alat-alat tegangan tinggi, antara lain : kabel dan trafo.
Gas neon adalah salah satu gas mulia yang banyak digunakan sebagai bahan
pengisi lampu-lampu tabung.
b. Bahan Isolasi Cair
Bahan isolasi cair digunakan sebagai bahan pengisi pada beberapa
peralatan listrik, misalnya : transformator, pemutus beban, rheostat. Dalam hal ini
bahan isolasi cair berfungsi sebagai pengisolasi dan sekaligus sebagai pendingin.
Ilmu Bahan Listrik

- 25 -

Karena itu persyaratan untuk bahan cair yang dapat digunakan untuk isolasi antara
lain : mempunyai tegangan tembus dan daya hantar panas yang tinggi.
1. Minyak Transformator
Minyak transformator adalah minyak mineral yang diperoleh dengan
pemurnian minyak mentah. Dalam pemakaiannya, minyak ini karena pengaruh
panas dari rugi-rugi di dalam transformator akan timbul hidrokarbon. Selain berasal
dari minyak mineral, minyak transformator dapat pula yang dapat dibuat dari bahan
organik, misalnya : minyak trafo Piranol, Silikon. Sebagai bahan isolasi, minyak
transformator harus mempunyai tegangan tembus yang tinggi. Pengujian tegangan
tembus minyak transformator dapat dilakukan dengan menggunakan peralatan
seperti ditunjukkan pada gambar berikut ini.

Gambar 9. Alat pengujian tegangan tembus minyak transformator

Jarak elektroda dibuat 2,5 cm, sedangkan tegangannya dapat diatur dengan
menggunakan auto-transformator sehingga dapat diketahui tegangan sebelum saat
terjadinya kegagalan isolasi yaitu terjadinya locatan bunga api. Locatan bunga api
dapat dilihat lewat lubang yang diberi kaca. Selain itu dapat dilihat dari Voltmeter
tegangan tertinggi sebelum terjadinya kegagalan isolasi karena setelah terjadinya
kegagalan isolasi voltmeter akan menunjukkan harga nol. Tegangan temus nominal
minyak transformator untuk tegangan kerja tertentu dapat dilihat pada tabel 3.

Tabel 3. Tegangan tembus minyak transformator
Tegangan kerja peralatan
Di atas 35 kV
6 s/d 35 kV
Ilmu Bahan Listrik

Tegangan tembus (kV) untuk jarak 2,5 cm
Minyak baru
Sedang di pakai
40
35
30
25
- 26 -

Di bawah 6 kV

30

20

Dengan demikian dapat diketahui apakah minyak transformator ketahanan
listriknya

memenuhi

persyaratan

yang

berlaku.

Ketahanan

listrik

minyak

transformator dapat menurun karena pengaruh asam dan dapat pula karena
kandungan air.
2. bahan isolasi cair lain
Minyak untuk kabel yang berisolasi kertas dibuat lebih kental daripada
minyak trafo, disamping itu terdapat pula bahan isolasi kabel yang di impregnasi
dengan minyak yang kekentalan rendah dengan pemurnian yang tinggi, yaitu kabel
untuk tegangan ekstra tinggi yang diisi minyak.
Disamping bahan-bahan diatas, terdapat pula isolasi cair sintetis yang berisi
chloor (hidrokarbon seperti difenil C 10H12). Bahan-bahan ini diantaranya: sovol,
askarel, araclor, pyralen, shibanol. Dan bahan isolasi cair lain yang lebih mahal dari
minyak trafo adalah minyak silicon.
c. Bahan Isolasi Padat
Kaca dan porselin adalah tergolong bahan mineral, tetapi penggunaannya
tidak pada bentuk atau keadaan alaminya melainkan harus diproses terlebih dahulu
dengan pemanasan (pembakaran), pengerasan dan pelumeran. Itulah sebabnya
maka pembahasannya dipisahkan dengan pembahasan bahan mineral pada bab
sebelumnya.
1. Kaca
Kaca adalah substansi yang dibuat dengan pendinginan bahan-bahan yang
dilelehkan, tidak berbentuk kristal tetapi tetap pada kondisi berongga. Kaca pada
umumnya terdiri dari campuran silikat dan beberapa senyawa antara lain : borat,
pospat. Kaca dibuat dengan cara melelehkan beberapa senyawa silikat (pasir),
alkali (Na dan K) dengan bahan lain (kapur, oksida timah hitam). Karena itu sifat
dari kaca tergantung dari komposisi bahan-bahan pembentuknya tersebut. Massa
jenis kaca berkisar antara 2 hingga 8,1 g/cm2, kekuatan tekannya 6000 hingga
21000 kg/cm2 , kekuatan tariknya 100 hingga 300 kg/cm2. Karena kekuatan
tariknya relatif kecil, maka kaca adalah bahan yang regas. Walaupun kaca
merupakan substansi berongga, tetapi tidak mempunyai titik leleh yang tegas,
Ilmu Bahan Listrik

- 27 -

karena pelelehannya adalah perlahan –lahan ketika suhu pemanasan di naikkan.
Titik pelelehan kaca berkisar antara 500 hingga 17000 C. Makin sedikit kandungan
S1O2 nya makin rendah titik pelembekan suatu kaca. Demikian pula halnya dengan
muai panjangnya, makin banyak kadar S 1O2 yang dikandungnya akan makin kecil.
Muai panjang untuk kaca berkisar antara 5,5-10 -7 hingga 150. 10-7 per derajat
celcius.
2. Sitol
Sitol mempunyai bahan dasar kaca yang merupakan pengembangan baru.
Pemakaian sitol adalah sangat luas, struktur dan sifat-sifatnya adalah diantara kaca
dan keramik. Sitol juga disebut keramik-kaca atau kaca kristal. Yang banyak
dijumpai dipasaran antara lain : pyroceram, vitoceram. Sitol mempunyai struktur
kristal yang halus (hal ini yang membedakannya dengan kaca biasa) tetapi
berongga. Tidak seperti halnya keramik biasa, sitol tidak dibuat dengan
pembakaran tetapi cenderung dengan fusi dari bahan-bahan mentahnya dengan
menjadikannya meleleh dan kemudian kristalisasi.
3. Porselin
Porselin adalah bahan isolasi kelompok keramik yang sangat penting dan
luas penggunaannya. Istilah bahan -bahan keramik adalah digunakan untuk semua
bahan anorganik yang dibakar dengan pembakaran pada suhu tinggi dan bahan
asal berubah substansinya. Bahan dasar dari porselin adalah tanah liat. Ini berarti
bahan dasar tersebut mudah dibentuk pada waktu basah, tetapi menjadi tahan
terhadap air dan kekuatan mekaniknya naik setelah dibakar. Penggunaan isolator
dari porselin antara lain : isolator tarik, isolator penyangga, rol isolator seperti dapat
dilihat pada gambar berikut.

Gambar 10. Beberapa isolator porselin

Ilmu Bahan Listrik

- 28 -

d. 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
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 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
e. Bahan Isolasi Mineral
Bahan isolasi mineral diperoleh dari tambang dan digunakan sebagai isolasi
pada ikatan kimia atau keadaan alaminya tanpa proses kimia atau termal
sebelumnya.
Jenis-jenis bahan isolasi minerlal:
 Mika
 Mikanit
 Mikanit komutator
 Mikanit lempengan
 Mikanit cetakan
 Kertas mika
 Mikanit fleksibel
 Pita mika
 Marmer
 Batu tulis
 Klorida
f. Bahan Isolasi Plastik

Ilmu Bahan Listrik

- 29 -

Plastik adalah bahan sintetis yang dapat dibentuk dengan pemanasan dan
dapat diperkeras bergantung pada strukturnya. Bahan isolasi plastik terdiri dari :
 NYA
 NYM
 NYY
 Mikaleks
 Karet
1. Karet butadin
2. Karet butil
3. Karet polichloropen
4. Karet silicon
g. Bahan Isolasi Serat Optik
Sebagaimana namanya maka serat optik (fiber optic) dibuat dari gelas silika
dengan penampang berbentuk lingkaran atau bentuk-bentuk lainnya. Pembuatan
serat optik (fiber optic) dilakukan dengan cara menarik bahan gelas kental-cair
sehingga dapat diperoleh serabut atau serat gelas dengan penampang tertentu.
Proses ini dikerjakan dalam keadaan bahan gelas yang panas. Yang terpenting
dalam pembuatan serat optik (fiber optic) adalah menjaga agar perbandingan relatif
antara

bermacam

lapisan

tidak

berubah

sebagai

akibat

tarikan.

Proses

pembungkusan seperti pemberian bahan pelindung atau proses pembuatan satu
ikat kabel yang terdiri atas beberapa buah hingga ratusan kabel pengerjaannya
tidak berbeda dengan pembuatan kabel biasa.
Perkembangan terakhir, pemakaian serat optic sebagai saluran tranmisi
komunikasi jarak jauh lebih menguntungkan jika dibandingkan dengan transmisi
konvensional, antara lain: saluran 2 kawat sejajar kabel koaksial.
Serat optik (fiber optic) adalah suatu pemandu gelombang cahaya (light wave
guide) yang berupa suatu kabel tembus pandang (transparant), yang mana
pemampang dari kabel tersebut terdiri dari dua bagian, yaitu : bagian tengah
yang disebut “Core” dan bagian luar yang disebut “Cladding”. Cladding pada
serat optik membungkus atau mengelilingi Core. Adapun bentuk pemampang
dari core dapat bermacam-macang, antara lain : pipih, segi tiga, segi empat,
segi banyak atau berbentuk lingkaran.

Ilmu Bahan Listrik

- 30 -

2.6

Rangkuman
Bahan penyekat/isolasi adalah bahan yang bersifat mengisolir arus listrik,

artinya suatu bahan yang mempunyai tahanan yang besar sekali terhadap arus
listrik. Sedangkan berdasarkan teori atom bahan pe