Isolator

Isolator :
·        mempunyai sifat dapat mengisolir arus listrik,
·        memiliki tahanan listrik (resistansi) yang besar sekali.
·        susunan atomnya sedemikian rupa sehingga elektronvalensinya sulit berpindah dari pita valensi ke pita konduksi, karena celah energinya (energy gap) besar sekali.
·        Jika terjadi perpindahan elektron dari pita valensi ke pita konduksi, dengan perkataan lain terjadi tegangan tembus (breakdown voltage).

Pada bahan isolasi, arus bocor, Ii, relatif sangat kecil bila dibandingkan dengan arus yang melewati penghantarnya. Ada dua kemungkinan jalannya arus bocor:
  1. Melalui bahan isolasi
  2. Melalui permukaan isolasi
Persamaan arus bocor :
dimana:
Ii         = arus bocor
Is        = arus yang melewati permukaan bahan isolasi
Iv        = arus yang mengalir melewati bahan isolasi.
Persamaan tahanan :
 
dimana :
Ri =  tahanan arus bocor
Rv = tahanan isolasi yang disebabkan oleh tahanan dalam (volume resistance)
Rs = tahanan yang disebabkan oleh tahahan permukaan (surface resistance)


Klasifikasi bahan isolasi
1. Klasifikasi bahan isolasi  berdasarkan suhu kerja maksimum:


Kelas
Suhu kerja maksimum
Y
90° C
A
105° C
E
120° C
B
130° C
F
155° C
H
180° C
C
diatas 180° C




2. Klasifikasi bahan isolasi berdasarkan wujudnya :
  • Bahan isolasi yang berbentuk gas
  • Bahan isolasi yang berbentuk cair
  • Bahan isolasi yang berbentuk padat.

I. Bahan isolasi yang berbentuk gas

a. Udara
            Udara merupakan bahan isolasi yang mudah didapat dan mempunyai tegangan tembus yang cukup besar yaitu 30kV/cm.
Susunan udara di muka bumi, terdiri atas 79% Nitrogen (N2) dan 20% Oksigen (O2), sedangkan sisanya adalah sekitar 1% terdiri dari: Argon, Helium, Neon, Kripton, karbondioksida dan lain-lain.
Pada sistem jaringan tenaga listrik, maka udara merupakan bahan penyekat antara kawat konduktor atau antara kawat konduktor dengan tanah. Pada tekanan yang tidak terlalu tinggi, udara merupakan bahan penyekat yang baik, kebocoran melalui udara adalah kecil sekali. Tetapi pada tekanan yang cukup tinggi, maka akan terjadi loncatan elektron di udara. Udara sering juga digunakan sebagai pendingin.

B. Hidrogen
Sifat-sifatnya adalah:
  • tidak berwarna dan tidak berbau,
  • merupakan gas yang teringan,
  • mudah terbakar tetapi tidak memelihara pembakaran,
  • bila bercampur dengan udara mudah meletus
  • tegangan tembusnya 18 kV/cm
  • gas hidrogen ekonomis bila dipergunakan pada mesin-mesin kapasitas 15 MW ke atas.



Keuntungan pengunaan gas hidrogen dibandingkan dengan udara
·         Kebisingan suara berkurang
·         Temperatur pendinginan yang dibutuhkan relatif rendah
·         Efisiensi dapat naik  antara 0,7 sampai 1% lebih tinggi dengan kepekatan Hidrogen 8 sampai 10 kali lebih rendah daripada udara.
·         Daya hantar panas hidrogen 6 sampai 7 kali lebih besar daripada udara.
·         Tidak membutuhkan pengamanan terhadap bahaya kebakaran (hidrogen tidak memelihara kebakaran).

C. Sulfur Heksafluorida (SF6)
                Sulfur heksafluorida (SF6) merupakan suatu gas hasil reaksi eksotermis antara unsur sulfur dengan fluor :

         S  +  3 F2                        SF6  +  262 kkalori  

Sifat-sifatnya :
·         Merupakan gas terberat (massa jenisnya 6,14 kg/m3 atau sekitar 5 kali berat udara )
·         Tidak mudah terbakar
·         Tidak larut dalam air
·         Tidak beracun
·         Tidak berwarna dan tidak berbau
·         Tegangan tembusnya sangat tinggi yaitu 75 kV/cm
·         Tepat sekali digunakan sebagai pendingin pada peralatan listrik yang menimbulkan panas atau bunga api.
II. Bahan isolasi berbentuk cair
                    Bahan isolasi cair biasanya digunakan sebagai bahan pengisi pada beberapa peralatan listrik, misalnya: transformator, rheostat dsb. Dalam hal ini, bahan isolasi cair berfungsi sebagai isolator arus listrik dan sekaligus sebagai pendingin. Oleh karena itu bahan isolator cair harus mempunyai tegangan tembus yang besar dan daya hantar panas yang tinggi.

a. Minyak transformator
Fungsi minyak transformator adalah mengeluarkan panas yang ditimbulkan arus listrik dalam kumparan dan melindungi kumparan transformator dari pengaruh air.
Tegangan tembus minyak transformator untuk jarak 2,5 mm :
Tegangan kerja
Minyak baru
Minyak sedang dipakai
> 35 kV
40 kV
35 kV
6-35 kV
30 kV
25 kV
     <  6 kV
30 kV
20 kV

                    Agar minyak transformator dapt berfungsi sebagai pendingin yang baik, maka kekentalannya tidak boleh terlalu tinggi agar mudah bersirkulasi di dalam tangki. Untuk memperpanjang umur minyak transformator, bisa dilakukan dengan cara mencampurnya dengan senyawa tertentu, antara lain dengan paraoksi diphenilamin. Senyawa tersebut dimasukkan ke dalam minyak transformator yang telah dipanasi hingga 85oC. Campuran yang terjadi, konsentrasinya dibuat 0,1% dan selanjutnya didinginkan. Minyak transformator yang sudah diberi senyawa paraoksi diphenilamin akan berwarna kemerah-merahan.
III. Bahan isolasi padat
a. Bahan tambang
Bahan tambang merupakan bahan yang asalnya didapat dari penggalian tanah. Bahan ini ada yang berbentuk bijih (besi, timah, seng dan lain-lain), dan harus diproses terlebih dahulu dalam dapur untuk mendapatkan bahan yang dikehendaki. Selain itu ada beberapa brongkolan/batu (pualam, batu tulis dan sebagainya).
1. Batu pualam
Yang dimaksud dengan batu pualam adalah batu kapur (CaCo3) atau dolimit yang dipoles. Sifat-sifatnya  yaitu ada yang berwarna putih, kuning, kelabu dan lain-lain tergantung dari warna pigmen, mudah pecah dan berat, dan mudah menghisap air atau minyak. Karena sifat-sifat tersebut diatas, maka sekarang batu pualam jarang dipakai sebagai bahan isolasi.
2. Asbes
Asbes merupakan bahan yang berserat, tidak kuat dan mudah putus. Selain itu asbes tidak bisa terbakar jadi tahan panas tinggi. Asbes dapat dibuat lempeng-lempeng tipis, yang disebut kertas asbes. Sedangkan semen asbes dibuat dari bahan-bahan semen Portland sebagai pengikat dari asbes, kemudian dipres dalam keadaan dingin dan dibuat dalam bentuk papan, lempeng, tabung dan lain-lain. Asbes disamping digunakan sebagai penyekat panas, juga sebagai penyekat listrik. Sebagai penyekat listrik, asbes digunakan pada tegangan rendah. Untuk mempertinggi daya sekat listriknya, asbes dicelupkan dalam vernis, sirlak atau bahan penyekat lainnya, sehingga daya mekanis dan daya tahanan airnya lebih kuat.
3. Mika
Sifat-sifat dari mika adalah kekuatan dielektriknya 3.000 V/mm, dielektric loss factornya rendah, tahanan listriknya tinggi, tahan terhadap panas dan lembab, kekuatan mekanisnya baik, temperaturnya kerjanya baik, dan mudah lentur tetapi kuat
Bentuk senyawa dari mika :
  • Mika alam, Muscovita [KAl2, AlSi3O(OH)2] disebut juga Lonit mika, merupakan bahan yang paling banyak digunakan. Selain itu Phlogopite [KAl2, AlSiO3(OH)2] sifat-sifatnya tidak sebaik Muscovite, tetapi tahan terhadap temperatur tinggi, mempunyai kestabilan yang tinggi dan jernih.
  • Mika sintetis, fluorophlogopite, mika ini dibuat dengan jalan memanaskan campuran antara silikat, aluminium, magnesium, dan ditambahkan kedalam Fluorence Compound. Susunan atomnya hampir sama dengan phlogopite.
  • Penggunaan mika :
  • Sebagai bahan isolasi yang terpenting seperti elemen-elemen pemanas mesin-mesin elektrik
  • Sebagai bahan dielektrik termasuk kelas C, karena tahan terhadap temperatur, bila dicampur dengan dielektrik kelas A akan membentuk golongan perantara B dan bila dicampur dengan silikon menghasilkan bahan dielektrik kelas H dipergunakan sebagai bahan pengisi kapasitor.
  • Sebagai bahan kapasitor, mica receiving, mica transmitting dan mica reconstituted.
4. Mekanit
Merupakan mika yang dirubah sesuai dengan kebutuhan pemakainya. Contohnya :
polat mekanit, mekanit komutator, pita mekanit.

b. Bahan-bahan berserat
Ada tiga macam golongan dasar yang dipergunakan yaitu tumbuh-tumbuhan, binatang, dan bahan tiruan. Sebenarnya bahan ini kurang baik sebagai penyekat listrik, karena sifatnya yang sangat menyerap cairan. Kita tahu bahwa cairan dapat merusak penyekat dan daya sekat listrik akan turun. Faktor-faktor yang menyebabkan bahan serat dipakai sebagai penyekat listrik adalah bahannya akan melimpah sehingga harganya murah, daya mekanisnya cukup baik (kuat dan fleksibel), dengan disusun berlapis-lapis dan dengan dicampur zat-zat lain, dapat diperbaiki daya mekanisnya, daya sekatnya dan ketahanannya terhadap panas.
Contohnya benang, terbuat dari atau sutra. Tekstil, terbuat dari benang yang ditenun dan dijadikan pita atau kain.selain itu dikenal juga tekstil tiruan, misalnya nilon, tetoron, decron, trilin dan sebagainya..