BAHAN LISTRIK

BAHAN LISTRIK

OLEH :

PUTU RUSDI ARIAWAN (0804405050)

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA

DENPASAR

2010

PUTU RUSDI ARIAWAN 2

BAB I

BAHAN ISOLASI

1.1 Pengertian.

Bahan isolasi digunakan untuk memisahkan bagian – bagian yang

bertegangan atau bagian bagian yang aktif. Hal – hal yang perlu diperhatikan

dalam bahan isolasi adalah:

1. Sifat Kelistrikan.

a. Resistivitas

Bahan isolasi yang baik adalah bahan isolasi yang memiliki

resistivitas besar tak berhingga. Semua bahan isolasi, masih

mengalirkan arus listrik (walaupun kecil) yang sering disebut dengan

arus bocor. Terdapat dua macam resistivitas yaitu resistansi volume

dan resistansi permukaan. Besarnya resistansi bahan isolasi sesuai

dengan hukum Ohm adalah:

Ri = Ib

V

Ri = Resistansi isolasi (Ohm)

V = Tegangan yang digunakan (Volt)

Ib = Arus bocor (Ampere)

b. Permitivitas

Setiap bahan isolasi mempunyai permitivitas yang berguna untuk

digunakan sebagai dielektrik kapasitor. Kapasitansi kapasitor

bergantung pada beberapa faktor yaitu: luas permukaan, jarak antar

keeping kapasitor, serta dielektriknya.

c. Sudut Kerugian Dielektrik

Pada saat bahan isolasi diberi tegangan bolak – balik, maka

terdapat energi yang diserap oleh bahan tersebut. Akibatnya terdapat

faktor kapasitif. Besarnya kerugian yang diserap bahan isolasi

berbanding lurus dengan tegangan, frekuensi, kapasitansi dan sudut

kerugian dielektrik.


2. Sifat terhadap panas

Bahan isolasi dapat rusak disebabkan oleh panas dalam kurun waktu

tertentu. Waktu tersebut dikatakan sebagai umur panas bahan isolasi.

Kemampuan suatu bahan menahan panas tanpa terjadi kerusakan disebut

ketahanan panas (heat resistance).

3. Ketahanan terhadap suhu rendah

Umumnya bahan isolasi jika terkena suhu yang rendah akan menjadi

keras dan regas. Untuk itu, biasanya bahan isolasi juga diuji pada suhu

rendah dengan pemberian vibrasi.

4. Sifat fisis dan kimia

a. Sifat kemampuan larut

Kemampuan larut bahan padat dapat dievaluasi berdasarkan

banyaknya bagian permukaan bahan yang dapat larut setiap satuan

waktu jika diberi bahan pelarut. Kemampuannya akan lebih besar jika

suhunya dinaikkan.

b. Resistansi kimia

Bahan isolasi mempunyai kemampuan yang berbeda

ketahanannya terhadap korosi yag disebabkan oleh : gas, air, asam,

basa, dan garam. Kecepatan korosi dipengaruhi oleh kenaikan suhu.

Bahan isolasi yang digunakan pada instalasi tegangan tinggi harus

mampu menahan terjadinya ozon. Bahan isolasi yang cocok digunakan

adalah bahan isolasi anorganik.

c. Higroskopisitas

Bahan isolasi mempunyai sifat higroskopisitas, yaitu sifat

menyerap air disekelilingnya, sehingga dapat memperkecil daya

isolasi. Bahan dielektrik yang molekulnya berisi kelompok hidroksil

(OH), higroskopisitasnya relatif besar.

d. Pengaruh tropis

Penggunaan bahan isolasi di daerah tropis harus memperhatikan

perubahan sifat kelistrikan setelah bahan direndam dan pertumbuhan


jamur pada bahan tersebut, sehingga perlu dilapisi dengan bahan anti

jamur.

e. Resistansi Radiasi

Resistanai radiasi adalah kemampuan suatu bahan isolasi

menahan pengaruh radiasi tanpa mengalami kerusakan. Radiasi sinar

matahari mempengaruhi umur bahan isolasi, khususnya jika bahan

tersebut bersinggungan secara langsung dengan oksigen. Sinar ultra

violet menurunkan kekuatan mekanik, elastisitas dan retak – retak pada

bahan. Sinar X menyebabkan bahan polimer organic akan menjadi

lebih keras dan lebih tahan terhadap panas.

1.2 Jenis – jenis Bahan Isolasi.

1. Bahan isolasi gas

Bahan isolasi gas digunakan sebagai penyetat atau pengisolasi dan

sekaligus sebagai media penyalur panas.

a. Udara

Udara merupakan bahan isolasi yang mudah didapatkan dan

mempunyai tegangan tembus 30 kV/cm. Pada 2 buah elektroda bulat

dengan jarak cukup besar dan memungkinkan terjadinya ionisasi pada

udara di sekitarnya, maka akan timbul korona. Tegangan tembus

udara dipengaruhi tekanan udara. Contoh alat listrik yang

menggunakan udara antara lain : pada JTR, JTM, dan JTT antara

hantarannya dipisahkan dengan udara.

b. Sulphur Hexa Fluorida

Sulphur Hexa Fluorida (SF6) merupakan suatu gas bentukan antara

sulfur dengan fluor dengan reaksi eksotermis :

S + 3F2 SF6 + 262 kilocal

SF6 adalah gas terberat dengan massa jenis 6,139 kg/m3 sekitar 5

kali berat udara pada suhu 0o C 1atm. Sifatnya adalah : tidak terbakar,

tidak larut pada air, tidak beracun, tidak berwarna dan tidak berbau.


Kemampuan isolasinya 2,5 kali kemampuan udara. SF6 juga memiliki

tegangan tembus 75 kV/cm.

c. Gas-gas Lain

a. CO2 dapat digunakan sebagai gas residu pada bahan dielektrik

cair pada lat tegangan tinggi

b. Gas Freon 12 (CCl2F2) umumnya digunakan pada teknik

pendingin dan sebagai bahan dielektrik pada kondensator.

c. Gas Neon digunakan pada lampu-lampu tabung. Tegangan

tembus 100V/cm.

2. Bahan Isolasi Cair

a. Minyak Transformator

Minyak transformator didapat dari proses pemurnian mentah.

Saat dipakai akan timbul hodro karbon karena pengaruh panas dari

rugi-rugi. Ketahanan minyak trnsformator berkurang karena

pengaruh asam dan kandungan air. Keasamannya dapat dikurangi

dengan KOH. Kandungan air dikurangi dengan Silikagel.

Kekentalannya tidak boleh lebih dari 4,2 pada suhu 20o C dan

1,8o sampai 1,85

o pada 50

o C. Proses pemurnian minyak trafo :

a. Pemanasan

Minyak Trafo dipanasi sampai titik ddih air pada Penggodok

Minyak (Oil Boiler)

b. Penyaringan

Menggunakan kertas khusus (kertas higroskopis) untuk

menyaring minyak yang tercemar. Untuk mempercepat waktu,

digunakan tekanan.

c. Pemusingan

Menggunakan Silinder Sentrifugal sehingga substansi ringan

yaitu minyak akan berada di bagian tengah silinder dan

substansi lebih berat akan berada di pinggir bejana karena gaya

sentrifugal.


d. Regenarasi

Menggunakan absorben, yaitu substansi yang siap menyerap

produk yang diakibatkan oleh pemakaian minyak trafo.

b. Bahan-bahan Isolasi Cair lainnya

a. Sovol, yaitu cairan agak kental dan tidak berwarna. Massa jenis

1,5 g/cm3, tegangan tembus 20 kV/cm.

b. Sovtol, yaitu cairan sovol ditambah Trichlorobenzena dengan

tujuan untuk mengurangi kekentalannya.

3. Bahan Isolasi Berserat

a. Kayu

Kayu banyak digunakan karena murah dan mudah didapat.

Sebelum digunakan, kayu harus diimpregnasi (direndam pada

minyak panas), diberi antiseptik dan dilapisi antipirin agar tak mudah

terbakar.

b. Kertas

Kertas yang digunakan pada umumnya selulose atau asetat dibuat

dari merang, bambu, atau kayu setelah berupa pulp (bubur kayu).

Kertas dapat diperkuat dengan vernis.

c. Tekstil

Tekstil yang sering digunakan biasanya berupa serat sintetis

antara lain :

a. Poliamid, seperti nilon, kapron, silon dan dederon.

b. Poliester, seperti lavsan, terilin, tetron dan dakron.

c. Serat Polistirin dan PVC.

d. Serat Anorganik

Serat ini paling banyak digunakan untuk isolasi karena memiliki

ketahanan panas yang tinggi. Contohnya seperti :

a. Asbes, yaitu kumpulan serat paralel yang dapat diperoleh dari

batuan mengandung ferry – oksida sangat banyak akan menjadi


semikonduktor. Asbes tahan panas mendekati suhu 1150o

C dan

meleleh jika sudah mencapai atau melebihi suhu tersebut.

b. Fiberglas

4. Bahan Isolasi Mineral

a. Mika

Mika adalah suatu mineral penting karena mempunyai resistansi

dan kekuatan mekanik tinggi, tahan panas, tahan pengaruh uap air, dan

memiliki kekuatan elastisitas tang baik. Mika sering digunakan pada

generator dan motor traksi. Jenis mika antara lain :

a. Muscovit, yaitu mika dengan rumus kimia (K2O . 3Al2O3 . 6SiO2

. 2H2O), memilki resistivitas 1014

– 1016

ohm.cm

b. Flogopit, yaitu mika dengan rumus kimia (K2O . 6MgO . 3Al2O3

. 6SiO2 . 2H2O) memiliki resistivitas 1013

– 1014

ohm.cm

b. Mikanit

Mikanit adalah mika yang diikat dengan sirlak atau gliptal,

sehingga bentuknya dapat diubah-ubah. Untuk mendapatkan kekuatan

mekanis lebih tinggi, satu sisi mikanit dilapisi kertas atau kain untuk

mencegah keretakan apabila dibengkokkan. Jenis mikanit antara lain :

a. Mikanit Komutator, yaitu mikanit yang digunakan untuk bahan

isolasi antara lamel-lamel pada komutator mesin DC. Mikanit ini

sangat kuat, karena dikerjakan pada suhu tinggi, mengandung

sedikit resin, dan tahan aus.

b. Mikanit lempengan, yaitu mikanit yang diproduksi dari muscovit

atau flogopit atau paduan keduanya diikat dengan sirlak atau

gliptal.

c. Mikanit Cetakan, yaitu mikanit yang bentuknya dapat diubah

dengan cara dipanasi lalu dicetak sebelum didinginkan. Mikanit

ini digunakan untuk pengisolasi antara poros dengan komutator

dan antara poros dengan intirotor.

d. Kertas Mika, yaitu mikanit cetakan yang satu sisinya dilapisi

kertas setebal 0,05 sampai 0,06 mm. Penggunaannya untuk


membuat isolasi yang keras pada belitan jangkar mesin tegangan

tinggi.

e. Mikanit Fleksibel, yaitu mikanit yang pada suhu kamar dapat

dibengkokkan tanpa perlu pemanasan lagi. Digunakan sebagai

penyekat fleksibel, isolasi alur pada mesin listrik.

f. Pita Mika, yaitu mikanit fleksibel yang dibuat dalam ukuran

besar yang dipotong-potong kemudian digulung. Mikanit ini

dapat dibuat dari muskovit atau flogopit dan dilapisi vernis hitam

atau vernis jernih.

c. Bahan Isolasi Mineral lainnya

a. Marmer

Marmer ikatan kimianya sama dengan batu kapur tapi sifat

fisiknya berbeda. Agar didapat marmer yang kemampuan

listriknya baik, marmer harus diimpregnasi dengan parafin,

polistirin, bitumen, minyak dan sebagainya.

b. Batu Tulis

Batu Tulis digunakan pada panel PHB. Batu tulis lebih mudah

pecah dari marmer, tidak dipoles, sifat kelistrikan dan

higroskopisnya dibawah marmer. Namun batu tulis tahan

terhadap asam dan panas.

c. Klorida

Bahan ini berwarna abu-abu yang kekuatan mekanis dan sifat

kelistrikannya di bawah batu tulis. Karena itu mudah dipotong,

digergaji dan dibor. Saat digunakan sebagai isolator, harus

diimpregnasi menggunakan bakelit yang dicairkan agar sifat

kelistrikan dan mekanisnya naik dan higroskopisitasnya turun.


BAB II

SERAT OPTIK

2.1 Pengertian.

Sistem komunikasi yang memakai transmisi serat optik harus

mengubah sinyal – sinyal listrik menjadi cahaya pada sisi pengirim dan

mengubah sinyal cahaya menjadi listrik pada sisi penerima.

Pemakaian serat optik (optic fibere) sebagai saluran transmisi jarak

jauh mempunyai beberapa keuntungan dibandingkan dengan transmisi

konvensional antara lain: dimensinya kecil dan ringan, bebas dari interferensi

elektromagnetis, tidak terjadi loncatan bunga api, tidak mungkin terjadi

hubung singkat, kemungkinan terjadinya percakapan silang sangat kecil, dan

tahan terhadap pengaruh kimia dan suhu.

Berdasarkan jumlah ragam gelombang, serat optik dibedakan menjadi

dua yaitu: serat optik ragam jamak dan ragam tunggal. Berdasarkan susunan

atau profil indeks biasnya, terdapat serat optik yang intinya memiliki indeks

bias homogen dan campuran. Dan berdasarkan konstruksinya, serat optik

dibedakan menjadi: serat optic yang bebentuk batang dielektrik, serat optik

dengan inti yang memiliki lapisan tunggal, dan ganda.

2.2 Teknik Pembuatan Serat Optik.

1. Pengendapan Uap Kimia.

a. Pengendapan uap kimia intern.

Bahan silika dimasukkan ke tabung kemudian diputar dan

dipanasi pada suhu tinggi. Jelaga yang menempel di dalam tabung

digunakan sebagai bahan pembuat lapisan (cladding). Untuk membuat

inti, bahan lapisan itu direaksikan dengan Pospor Chlorida (PCl3) atau

Germanium Chlorida (GeCl 4) maka diperoleh P Si atau GeSi.

Kemudian senyawa tersebut dimasukkan ke mesin pencetak.

b. Pengendapan uap kimia ekstern.

Sama seperti diatas, tetapi disisni menggunakan Aluminium

Oksida (AlO3) yang diputar dan suhunya tinggi. Kemudian ditiupkan


O2 ke mandrel yang terlapisi jelaga tersebut dan lapisan terluarnya

teroksidasi sampai menjadi lapisan (cladding). Lalu mandrel ditarik

keluar sampai terbentuk pipa jelaga, pipa ini diputar dan dipanasi

hineea menjadi pejal.

c. Pengendapan uap kimia plasma.

Menggunakan gelombang mikro yang menyebabkan tabung

silika terionisir. Proses selanjutnya sama seperti proses sebelumnya.

2. Gelas Komponen Jamak.

Proses pembuatan serat optik ini dibuat dari oksida – oksida dan

garam karbonat diperoses dengan senyawa basa. Suhu yang dipakai adalah

sekitar 800o C. metode ini dapat memproduksi dalam jumlah besar dan

waktu yang relatif singkat.

3. Metode “batang dan tabung”.

Prosesnya dengan memasukkan batang inti gelas ke lapisan yang

berbentuk tabung, kemudian dipanasi. Kelemahan metode ini adalah

kemungkinan terjadi perubahan permukaan pada inti maupun lapisannya.

4. Serat Silika Dilapisi Resin Silikon.

Konstruksi dasar serat ini adalah inti yang dibuat dari Silikon

Dioksida (Si O2) dan lapisan yang terbuat dari plastik mengandung resin

silikon. Pada prakteknya, serat optik ini ditambahkan beberapa komponen

seperti: pembungkus atau jaket (penahan pengruh luar), bahan penguat :

kawat baja dan plastik, bahan pengisi : pita dan konduktor terisolasi

(menyalurkan catu daya pengulang – reapeater), sampai terbentuk satu

kesatuan kabel.


BAB III

KONDUKTOR

3.1 Aluminium.

Aluminium murni mempunyai massa jenis 2,7 g/cm3, α nya 1,4 .10

-5,

titik leleh 658° C dan tidak korosif. Daya hantarnya sebesar 35 m/ohm . mni

atau kira-kira 61,4 % daya hantar tembaga. Aluminium murni mudah dibentuk

karena lunak, kekuatan tariknya hanya 9 kg/mm2. Untuk itu jika aluminium

digunakan sebagai penghantar yang dimensinya cukup besar, selalu diperkuat

dengan baja atau paduan aluminium. Penggunaan aluminium misalnya untuk

busbar dan karena alasan tertentu misalnya, karena alasan ekonomi, dibuat

penghantar aluminium yang berisolasi, misalnya : ACSR - OW.

3.2 Tembaga.

Tembaga mempunyai daya hantar listrik yang tinggi yaitu 57Ω mm2/m

pada suhu 20°C. Koefisien suhu (α) tembaga 0,004 per °C. Pemakaian

tembaga adalah sebagai penghantar, misalnya : kawat berisolasi (NYA,

NYAF), kabel (NYM, NYY, NYFGbY), busbar, lamel mesin DC, cincin seret

pada mesin AC. Tembaga mempunyai ketahanan terhadap korosi, oksidasi.

Massa jenis tembaga murni pada 20° C adalah 8,96 g/cm3, titik beku 1083° C.

Kekuatan tarik tembaga tidak tinggi yaitu berkisar antara 20 hingga 40

kg/mm2, kekuatan tarik batang tembaga akan naik setelah batang tembaga

diperkecil penampangnya untuk di jadikan kawat berisolasi atau kabel.

3.3 Baja.

Baja adalah logam yang terbuat dari besi dengan campuran karbon.

Berdasarkan campuran karbonnya, baja dikategorikan menjadi 3 yaitu : baja

dengan kadar karbon rendah (0 hingga 0,25 %), kadar karbon menengah (0,25

hingga 0,55 %), dan kadar karbon tinggi (di atas 0,55 %). Meskipun

konduktivitas baja rendah yaitu 7,7 m/Ω.mm2 tetapi digunakan pada

penghantar transmisi yaitu ACSR, fungsi baja adalah untuk memperkuat


konduktor aluminium secara mekanis setelah digalvanis dengan seng. Dua hal

yang menguntungkan dari penghantar bimetal, yaitu :

a. Pada arus bolak balik ada kecenderungan arus melalui bagian luar

konduktor (efek kulit).

b. Dengan melapisi baja menggunakan tembaga, maka baja sebagai

penguat penghantar terhindar dari korosi.

3.4 Wolfram.

Logam ini berwama abu-abu keputih-putihan, mempunyai massa jenis

20 g/cm3, titikleleh 3410° C, titik didih 5900° C, α 4,4.106 per ° C, tahanan

jenis 0,055 Ω.mm2/m. Wolfram diperoleh dari tambang yang pemisahannya

dari penambangan dengan menggunakan magnetik atau proses kimia. Dengan

reaksi reduksi asam wolfram (HZW04) dengan suhu 700° C diperoleh bubuk

wolfram. B ubuk wolfram tersebut kemudian dibentuk menjadi batangan

dengan suatu proses yang disebut metalurgi bubuk yang menggunakan

tekanan dan suhu tinggi (2000 atmosfir, 1600° C) tanpa terjadi oksidasi.

3.5 Molibdenum.

Molibdenum mempunyai massa jenis 10,2 g/cm3, titik leleh 2620° C,

titik didih 3700° C, α 53. 10-7

per ° C, resistivitasnya 0,048 Ω. mm2/m

koeffisien suhu 0,0047 per °C. Di antara penggunaan Molibdenum adalah

pada tabung sinar X, tabung hampa udara, karena molibdenum dapat

membentuk lapisan yang kuat dengan gelas. Sebagai campuran logam yang

digunakan untuk keperluan yang keras, suhu tinggi, dan tahan korosi.

3.6 Platina.

Platina merupakan logam yang berat, berwarna putih keabu-abuan, tidak

korosif, sulit terjadi peleburan dan tahan terhadap sebagian besar bahan kimia.

Massa jenisnya 21,4 g.cm3, α nya 9 . 10.6 per ° C, titik leleh 1775° C, titik

didih 4530° C, resistivitasnya 0,1 Ω . mm2/m, koefisien suhu 0,00307 per °C.


Platina dapat dibentuk menjadi filamen dan batang yang tipis. Penggunaan

platina antara lain untuk elemen pemanas.

3.7 Air Raksa.

Air raksa adalah satu-satunya logam yang berbentuk cair pada suhu

kamar. Resistivitasnya adalah 0,95 Q. mm2 /m, koeffisien suhu 0,00027 per

°C. Pada pemanasan di udara air raksa sangat mudah terjadi oksidasi. Air

raksa dan campurannya khususnya uap air raksa adalah beracun. Penggunaan

air raksa antara lain : gas pengisi tabung-tabung elektronik, penghubung pada

saklar air raksa, cairan pads pompa difusi, elektroda pada instrumen untuk

mengukur sifat elektris bahan dielektrik padat. Logam-logam lain yang juga

banyak digunakan pada teknik listrik di antaranya adalah : tantalum dan

niobium. Tantalum dan niobium dipadukan dengan aluminium banyak

digunakan sebagai kapasitor elektrolitik.

3.8 Bahan-bahan Resistivitas Tinggi.

Bahan-bahan resistivitas tinggi yang digunakan untuk peralatan yang

memerlukan resistansi yang besar agar bila dialiri arus akan terjadi tegangan

anliok yang besar. Contoh penggunaannya antara lain pada pemanas listrik,

rheostat dan resistor. Bahan-bahan ini harus mempunyai koefisien suhu yang

rendah. Untuk elemen pemanas, pada suhu yang tinggi untuk waktu yang lama

tidak boleh terjadi oksidasi dan meleleh.

a. Konstantan.

Bersama-sama dengan tembaga atau besi, konstantan dapat

merupakan termokopel yang dapat membangkitkan ± 40 mikro volt setiap

perbedaan suhu 1° C di antara sambungan-sambungannya. Hal ini

memungkinkan termokopel konstantan-tembaga atau konstantan-besi

digunakan alat ukur. Jika dipanasi dengan suhu yang cukup tinggi, pada

konstantan akan terbentuk lapisan oksida tipis dan ini memungkinkan

terjadinya isolasi jika dililitkan. Tegangan tembus untuk isolasi tersebut

tidak lebih dari 1 volt.


b. Kromel.

Logam ini merupakan perpaduan 0,7 % Mn, 0,6 % Ni, 23 sampai

27 % Cr dengan 4,5 hingga 6,7 % Al, sisanya Fe.Kromel baik untuk

elemen pemanas air, setrika, pemanggang dan peralatan yang memerlukan

ketahanan korosi dan panas.

c. Manganin.

Warna logam ini kuning kemerah-merahan, Suhu kerjanya ± 70°

C, di bawah suhu kerja konstantan. Logam ini biasanya digunakan untuk

rheostat yang presisi karena resistivitasnya tinggi dan α nya rendah.

d. Nikrom.

Nikrom mempunyai suhu kerja yang tinggi. Sehingga digunakan

sebagai elemen pemanas. Di pasaran nikrom dapat dijumpai dengan

penampang bula tdiameter 0,1 mm ke atas dan berbentuk pita dengan

ukuran penampang 0,1 x 1 mm ke atas.

e. Karbon.

Peranan karbon pada teknik listrik cukup penting jika dilihat

kegunaannya sebagai berikut : sikat-sikat pada mesin listrik, resistor dan

rheostat, elektroda pada tungku pembakaran (tanur) busur kolam galvanis.

Beberapa perangkat elektronik dan telekomunikasi juga terbuat dari

karbon. Beberapa jenis yang digunakan sebagai sikat adalah : karbon-

grafit, grafit, elektro-grafit, grafit-tembaga dan grafit-kuningan.

f. Sikat Karbon.

Sebagai sikat pada bagian berputar pada mesin listrik, karbon

mempunyai kelebihan karena:

1. Tahan terhadap efek yang disebabkan suhu tinggi. Hal ini karena

sikat karbon mampu menahan suhu hingga 3000° C.

2. Kepadatannya rendah, sehingga memudahkan beradaptasi dengan

gerakan permukaan yang tidak beraturan.

3. Tidak terjadi pengelasan (menyatu) dengan logam pada kondisi yang

sama jika logam-logam menyatu satu sama lain.


3.9 Timah Hitam.

Mempunyai massa jenis 11,4 g/cm3, agak lunak, meleleh pada suhu 327°

C, titik didih 1560° C, warna abu-abu dan sangat mudah dibentuk. Merupakan

bahan tahan korosi, mengandung racun, dan mempunyai konduktivitas 4,5

m/Ω.mm2 Pemakaian timah hitam pada teknik listrik antara lain : sel-

akumulator, selubung kabel tanah di samping digunakan sebagai pelindung

pada industri nuklir. Dalam pemakaiannya sebagai pelindung kabel tanah jika

ditanam pada tempat-tempat tersebut, diperlukan perlindungan tambahan. Di

samping timah hitam sebagai pelindung kabel tanah, digunakan paduan dari

timah hitam yang mempunyai struktur kristal yang lebih halus, lebih kuat,

lebih tahan getaran, tetapi lebih mudah korosi.

3.10 Bimetal.

Penggunaan bimetal pada teknik listrik adalah untuk rele-termal

misalnya pada Miniature Circuit Breaker (MCB), Over Load Relay (OLR).

Bimetal sebagai reletermal tidak selamanya dilewati arus, kecuali arus yang

tidak terlalu besar. Untuk memutuskan anus besar, pada rele ada belitan

pemanas khusus yang ditempatkan di sekeliling bimetal. Pengaruh panas dari

lilitan inilah yang digunakan untuk mempengaruhi pembengkokan bimetal.


BAB IV

BAHAN MAGNETIK

4.1 Bahan Magnetik.

Menurut sifatnya terhadap adanya pengaruh kemagnetan, bahan dapat

digolongkan menjadi 5 yaitu : bahan diamagnetik adalah bahan yang sulit

menyalurkan garis gaya magnit (ggm). Permeabilitasnya sedikit lebih kecil

dari I dan tidak mempunyai dwikutub yang permanen. Bahan-bahan

diamagnetik antara lain : Bi, Cu, Au, Al2O3, Ni So4. Bahan paramagnetik

adalah bahan yang dapat menyalurkan ggm tetapi tidak banyak.

Permeabilitasnya sedikit lebih besar dari 1, susunan dwikutubnya tidak

beraturan. Bahan-bahan paramagnetik antara lain : Al, Pb, Fe2SO4, Fe SO4, Fe

C12, Mo, W, Ta, Pt, dan Ag.

Bahan ferromagnetik mudah menyalurkan ggm. Permeabilitasnya jauh

di atas 1. Bahan ferromagnetik antara lain : Fe, Co, Ni, Gd, Dy. Bahan anti

ferromagnetik mempunyai susceptibilitas positif yang kecil pada segala suhu,

tetapi perubahan susceptibilitas karena suhu adalah keadaan yang sangat

khusus. Susunan dwi kutubnya adalah sejajar tetapi berlawanan arah. Bahan

anti ferromagnetik antara lain : MnO2, MnO, FeO dan CoO. Istilah “bahan

magnetik” untuk umum yang digunakan hanyalah bahan ferromagnetik.

Bahan-bahan ferromagnetik dapat dikategorikan menjadi 2 yaitu :

1. Bahan yang mudah dijadikan magnet yang lazim disebut bahan magnetik

lunak. Bahan ini banyak digunakan untuk inti transformator, inti motor

atau generator, rele, peralatan sonar atau radar.

2. Bahan ferromagnetik yang sulit dijadikan magnet tetapi setelah menjadi

magnet tidak mudah kembali seperti semula disebut bahan magnetik

keras, bahan ini digunakan untuk pabrikasi magnet permanen.

Momen atom dan molekul yang menyebabkan adanya dwikutub adalah

sama dengan momen dwikutub pada bahan dielektrik. Magnetisasi pada bahan

magnet seperti halnya polarisasi pada bahan dielektrik.


4.2 Parameter-parameter Magnetik.

a. Permeabilitas dan Susceptibilitas Magnetik

Pada perhitungan-perhitungan tentang magnet, terdapat hubungan antara

fluxi (B) dengan satuan Wb/m2 atau tesla dengan kuat medan (H) dengan

satuan A lilit/m sebagai berikut:

B = μ H

μ = μ r .µo

sehingga

B = μ r. μ o. H

μ adalah permeabilitas bahan yang merupakan hasil perkalian

permeabilitas absolut (μo) dengan permeabilitas relatif (μr). Besarnya pa = 4.

R. 10-7 H/m. Kuantitas yang diekspresikan (μr - 1) disebut magnetisasi per

unit dari intensitas medan magnet yang disebut susceptibilitas magnetisasi.

Karena μr tidak bersatuan, maka demikian pula dengan μr - 1.

b. Momen Magnetik

Seperti diketahui bahwa jika sebuah kumparan yang dilewati arus (1)

diletakkan pada rapat fluksi yang merata akan menghasilkan torsi, besar torsi

akan tergantung pada : Luas kumparan, arus dan rapat fluksi yang terpotong

bidang kumparan. Momen dwikutub magnetik hubungan dengan torsi adalah

pm = I . Akumparan

pm dengan satuan A/m2 adalah merupakan vektor yang arahnya tegak

lurus terhadap kumparan. Batang magnet permanen juga menyebabkan torsi

bila diletakkan didalam medan yang merata. Jika magnet tersebut diharapkan

untuk mendapatkan kutub-kutub bebas yang berlawanan, dapat dikatakan

sebagai momen dwikutub sebagai produk dari kuat kutub dan jarak antara

kutub-kutub.

c. Magnetisasi

Semua bahan adalah memungkinkan menghasilkan medan magnetik,

dari itu diperoleh secara eksperimental untuk menimbulkan momen magnetik.

Besarnya momen ini per unit volume disebut magnetisasi dari medium (M)

dengan satuan C/m . dt atau A/m.


Pada saat medan magnetik digerakan pada suatu bahan, induksi

magnetik (rapat fluksi) adalah penjumlahan dari efek pada keadaan pakem

suatu bahan, sehingga besarnya rapat fluksi (B) menjadi :

B = µo . H + µo . M

M = (µ-1).H

= Xm. H

Xm : susceptibilitas magnetik. Magnetisasi (M) dapat diekspresikan

sebagai momen dwikutub magnetik (pm) dengan satuan C . m2 /dt atau A/nl

dimana : M = N. Pm. N adalah jumlah dwikutub magnetik per unit volume.

4.2 Laminasi Baja Kelistrikan.

Cara untuk mengubah bahan magnetik lunak untuk menjadi baja

kelistrikan yaitu dengan menambahkan silikon. Sehingga mengurangi rugi

histerisis dan arus pusar dengan tajam karena resistivitasnya bertambah.

Penambahan silikon akan menyebabkan bahan menjadi rapuh.

4.3 Bahan Magnetik Lunak Lain.

Bahan magnetik lunak yang banyak digunakan adalah paduan besi-nikel.

Pada komposisi nikel 20 % paduan menjadi non magnetis dan permeabilitas

maksimum dicapai pada komposisi nikel ± 21,5 %. Paduan yang terdiri dari

besi-nikel dengan tambahan molibdenum, chromium atau tembaga disebut

permalloy. Permalloy dapat dibedakan berdasarkan kandungan nikelnya yaitu

permalloy nikel rendah yaitu mengandung nikel 40 hingga 50 % sedangkan

yang mengandung nikel 72 hingga 80 % disebut permalloy tinggi. Permalloy

rendah mempunyai permeabilitas yang lebih rendah, mempunyai induksi pada

keadaan jenuh yang lebih tinggi, permeabilitasnya berbanding terbalik dengan

frekuensi.

Alfiser adalah sangat regas sehingga sangat mudah dijadikan bubuk

untuk dibuat bahan dielektrikmagnet. Harganya lebih murah daripada

permalloy karena komposisinya tidak tergantung Ni. Ferrit adalah

semikonduktor yang mempunyai resistivitas antara 102 hingga 10

7 Ω cm.


Karena resistivitas yang tinggi tersebut, maka penggunaannya pada frekuensi

tinggi adalah tepat karena rugi daya yang disebabkan arus pusar adalah kecil.

Pada ferrit besarnya permeabilitas adalah berbanding terbalik dengan

frekuensi.

4.4 Bahan Magnet Permanen.

Magnet permanen digunakan pada instrumen penginderaan, rele, mesin-

mesin listrik yang kecil dan banyak lagi. Baja karbon yaitu baja dengan

komposisi karbon 0,4 hingga 1,7 % merupakan bahan dasar pembuatan

magnet permanen. Walaupun bahan ini tergolong harganya murah tetapi

kualitas kemagnetannya tidak terlalu tinggi. Kemagnetan bahan ini relatif

lebih mudah untuk hilang terutama disebabkan oleh pukulan atau vibrasi.

Untuk menaikkan mutu kemagnetannya, maka baja karbon ditambah wolfram,

kromium atau kobal.

Vectolit adalah bahan paduan yang terdiri dari besi, kobal oksida

sedangkan ferroxdure adalah bahan paduan yang terdiri dari besi oksida dan

barium, bahan ini juga disebut barium ferrit dan di pasaran dengan nama

arnox, indox atau ferroba, pembuatannya adalah dari bubuk bahan yang

dipadukan pada suhu yang tinggi. Penggunaannya antara lain : magnet pada

pengeras suara, perangkat penggandeng magnetik.

4.5 Magnetostriksi.

Pada saat sebuah bahan ferromagnetik diamagnetisasi, umumnya secara

fisik akari terjadi perubahan dimensi. Gejala seperti ini disebut magnetostriksi.

Terdapat 3 jenis magnetostriksi yaitu

a. Magnetostriksi longitudinal yaitu perubahan panjang searah dengan

magnetisasi.

b. Magnetostriksi transversal yaitu perubahan dimensi tegak lurus dengan

arah magnetisasi.

c. Magnetostriksi volume yaitu perubahan volume sebagai akibat dari

kedua efek diatas.


BAB V

BAHAN SEMIKONDUKTOR

5.1 Pengrtian.

Konduksi elektronik baik pada bahan konduktor maupun pada semi

konduktor adalah susunan pita dari atom. Pada bahan – bahan terdapat pita

konduksi maupun pita valensi. Pada konduktor kedua pita tersebut saling

menumpuk, pada isolator jarak keduanya cukup jauh. Sedangkan pada

semi konduktor jarak keduanya tidak terlalu jauh dan ini memungkinkan

terjadinya tumpang tindih jika dipengaruhi misalnya : panas, medan

magnet dan tegangan yang cukup tinggi.

Untuk menjadikan bahan semi konduktor agar menghantarkan listrik

diperlukan silikon maupun germanium mumi disebut semi konduktor

intrinsik jika belum mendapatkan bahan tambahan, sedangkan yang sudah

mendapat tambahan disebut ekstrinsik. Bahan semi konduktor yang

mendapat tambahan As (Arsenikum) akan menjadi semi konduktor jenis

N, sedangkan yang mendapat tambahan B (Boron) akan menjadi semi

konduktor jenis P.

5.2 Semi Konduktor Intrinsik.

Kristal-kristal Si dan Ge murni adalah semi konduktor intrinsik.

Elektron-elektron yang dikeluarkan dari bagian teratas pita valensi ke bagian

pita konduksi karena energi termal adalah penyebab konduksi. Karena

perpindahan elektron-elektron dari pita valensi, maka pada pita valensi terjadi

lubang di setiap tempat yang ditinggalkan elektron tersebut. Suatu semi

konduktor intrinsik mempunyai lubang yang sama pada pita valensi dan

elektron pada pita konduksi.

Pada pemakaian, elektron yang lari ke pita konduksi dari pita valensi,

misalnya karena panas dapat dipercepat menggunakan keadaan kosong yang

memungkinkan. Pada waktu yang sama lubang-lubang pada pita valensi juga

bergerak tetapi berlawanan arah dengan gerakan elektron.


5.3 Semi Konduktor Ekstrinsik.

Pada semikonduktor ekstrinsik, konduksi dapat dilakukan setelah adanya

penyuntikan bahan penambah atau pengotoran dari luar (extraneous

impurities). Proses penyuntikan bahan tambahan terhadap semi konduktor

murni disebut doping. Penambahan bahan tersebut kepada semikonduktor

murni akan meningkatkan konduktivitas semikonduktor. Suatu kristal silikon

yang didoping dengan elemen kolom 5 pada susunan berkala seperti P, As

atau Sb.

Elektron dari atom pospor adalah bergerak pada medan listrik dari kristal

silikon dan bukan pada ruang bebas seperti halnya pada atom H. Hal ini

membawa akibat konstanta dielektrik dari kristal pada perhitungan orbital dan

radius orbit elektron menjadi sangatbesar yaitu kira-kira 80 A° dibandingkan

0,5 A° dari orbit hidrogen. Ini dapat diartikan bahwa elektron ke-5 tersebut

bebas dan. tingkat energinya berdekatan terhadap pita konduksi.

Dibandingkan dengan celah energi, besamya energi ionisasi dari atom

pengotor adalah sangat kecil. Pada suhu kamar, elektron-elektron tingkat

donor sudah dikeluarkan dari pita valensi masuk ke dalam pita konduksi.

Kumpulan elektron ini jauh lebih besar dari kumpulan elektron yang

dikeluarkan dari pita valensi pada proses intrinsik.


BAB VI

BAHAN SUPERKONDUKTOR

6.1 Pengertian.

Superkonduktor akan hilang super konduktivitasnya jika suhunya di atas

kritis dan medannya di atas kuat medan kritisnya. Suhu kritis tertinggi

superkonduktor adalah 18,1° K untuk senyawa Nb3Sn. Tetapi tidak selalu

terjadi pada bahan yang pada suhu kamar misalnya : Cu, Ag dan Au Maka

dapat dicatat bahwa :

a. Logam-logam menovalen adalah bukan superkonduktor.

b. Logam-logam ferromagnetik dan antiferromagnetik adalah bukan

superkonduktor.

c. Konduktor yang baik pada suhu kamar adalah bukan superkonduktor dan

logam superkonduktor sebagai logam normal adalah bukan konduktor

yang baik pada suhu kamar.

d. Film tipis dari Be, Bi dan Fe adalah menunjukkan sebagai

superkonduktor.

e. Bismut, Pb dan Te menjadi superkonduktor jika mendapat tekanan yang

tinggi.

Terdapat 2 perangkat yang sudah umum menggunakan superkonduktor

yaitu :

a. Elektromagnet.

Elektromagnet yang kuat adalah dengan ukuran yang kecil. Aplikasi dari

elektromagnet dengan superkonduktor antara lain komponen Magneto

Hidro Dinamik.

b. Elemen penghubung.

Karena superkonduktor mempunyai He dan Tc, maka dalam pemakaian

superkonduktor sebagai elemen penghubung. Artinya suatu gawai

penghubung yang menggunakan superkonduktor akan dapat berubah

sifatnya dari superkonduktor menjadi konduktor biasa karena

pengubahan suhu atau medan magnet di atas nilai kritisnya.


BAB VII

BAHAN PENGUBAH ENERGI

SECARA LANGSUNG

7.1 Sel Surya.

Sel surya (solar cell) adalah sebuah foto voltaik yaitu bahan semi

konduktor yang mengubah secara langsung energi cahaya menjadi energi

listrik.

Sel surya terdiri dari sambungan p-n, sehingga menghasilkan akumulasi

muatan yang berbeda pada kedua sisi sambungan yaitu positif pada posisi n

dan negatif pada sisi p. Pada saat cahaya menembus bahan semikonduktor

tersebut maka elektron dipaksakan keluar dari tempatnya dan hal ini

menimbulkan lubang elektron yang muatannya positif. Dengan adanya batas

lapisan antara p dan n maka elektron dihalangi berkombinasi kembali dengan

demikian maka terdapat beda tegangan antara sisi p dan n.

Persoalan utama sehubungan dengan bahan adalah memilih semi

konduktor dan menyiapkan pada bentuk yang tepat, penelitian doping (untuk

membuat tipe p dan n perlu doping). Memilih resin organik untuk

penyambungan dan memilih pelapis yang mempunyi reflek pemantulan

cahaya bagus. Persoalan lain termasuk konstruksi dan resistansi rendah.

7.2 Magneto Hidro Dinamik.

Magneto Hidro Dinamik (MHD) bekerjanya adalah berdasarkan Hukum

Faraday. Seperti prinsip kerja generator konvensional, jika terjadi kecepatan

relatif antara penghantar dengan medan magnet, maka pada penghantar

tersebut akan terjadi gaya gerak listrik (ggl).

Gas untuk keperluan MHD diperoleh dari ruang pembakaran 1 yang

ditiupkan ke dalam ruang 2, di ruang ini diberikan medan magnet yang kuat

sehingga gas yang melewati di dalamnya terionisasi. Selanjutnya gas yang

terionisasi tersebut mengalir melalui ruang elektroda 3 yaitu ruang yang

bagian atas dan bawahnya terbuat dari elektroda yang dipisahkan dengan


bahan isolasi. Dan elektroda ini dihubungkan dengan beban karena elektroda

atas dan bawah kutubnya berbeda. MHD dapat dirancang dengan siklus

terbuka maupun tertutup.

Kendala pada MHD di antaranya adalah korosi. Usaha untuk

menanggulanginya adalah dengan menggunakan gas-gas mulia He, Ne, Kr

dan Xe. Untuk meningkatkan kualitas gas disemprotkan dari ruang

pembakaran, pada gas tersebut diberikan bubuk halus dari Cc atau K.

7.3 Sel Pembakaran.

Bahan bakar + O2 ---------------- > oksida + energi listrik

Elemen inti dari sebuah set pembakaran adalah : bahan bakar, oksida,

elektrolit dan 2 buah elektroda. Bahan pembakar yang lebih reaktif adalah

yang dapat digunakan atau dioksidasi pada suhu yang lebih rendah. Hidrogen

atau bahan pembakar yang menghasilkan hidrogen secara langsung dapat

dioksidasi pada suhu rendah. Bahan pembakar elektrolit dapat menggunakan

minyak alam. Keuntungannya adalah harganya murah tetapi minyak alam

hanya dapat dioksidasikan pada suhu yang tinggi.

7.4 Termo Elektrik.

Pembangkitan listrik dengan termo elektrik dasarnya adalah Efek

Seebeck yaitu, jika 2 buah logam yang berbeda disambungkan salah satu

ujungnya, kemudian diberikan suhu yang berbeda pada kedua sambungan,

maka terjadi perbedaan tegangan pada ujung yang satu dengan ujung yang

lain. Untuk keperluan pembangkitan listrik tersebut umumnya bahan yang

digunakan adalah bahan semikonduktor.

7.5 Konverter Termionik.

Pembangkitan listrik dengan termionik adalah mengubah energi panas

menjadi energi listrik dengan menggunakan efek emisi termionik. Emisi

termionik adalah terlepasnya elektron dari permukaan logam yang lebih panas

ke permukaan logam lainnya yang dipanasi bersama-sama.


Elektron-elektron bebas dari emiter mempunyai energi yang seimbang

dengan level Ferminya. Elektron-elektron ini dapat meninggalkan katoda,

jumlah dari energi panas yang disuplai padanya akan sama dengan fungsi

kerja katoda θ c. Elektron-elektron yang diemisikan akan menuju ke arah

kolektor (anoda), dengan kerugian energi yang kecil.

Bahan katoda hendaknya mempunyai kemampuan emisi yang cukup

pada suhu kerja, mempunyai konduktivitas listrik maupun konduktivitas panas

yang tinggi dan stabil terhadap pengaruh kimia.


BIODATA PENULIS

Nama : Putu Rusdi Ariawan

TTL : Denpasar. 19 April 1990

Agama : Hindu

Mahasiswa Teknik Elektro Unv. Udayana

Email : [email protected]

www.facebook.com/turusdi

mailto:[email protected]

http://www.facebook.com/turusdi

Documents

BAHAN LISTRIK