MENCARI GMR DAN GMD SALURAN TRANSMISI

TUGAS UJIAN TENGAH SEMESTER MATA KULIAH SISTEM TENAGA LISTRIK

SOAL

    Bagaimana cara menghitung nilai GMD dan GMR? Berikan contoh perhitungannya!

JAWABAN

Saluran transmisi merupakan salah satu bagian dari komponen sistem transmisi tenaga listrik yang berfungsi untuk mengalirkan atau mengirim tenaga listrik dari suatu tempat ke tempat lain, misalnya dari pembangkit ke sistem distribusi pada sistem tenaga listrik. Pada dasarnya terdapat tiga buah elemen pada saluran transmisi dalam sistem tenaga listrik, yaitu :

1. Konduktor
   
2. Isolator
   
3. Infrastruktur tiang penyangga
   

Konduktor merupakan elemen yang berfungsi untuk mengirim atau menghantarkan tenaga listrik. Konduktor yang digunakan pada saluran transmisi ini terbuat dari logam. Jenis-jenis logam yang biasa digunakan untuk konduktor adalah tembaga (Cu), aluminium dan steel. Berikut karakteristik dari tembaga, aluminium dan steel secara umum:

Tabel 1. Karakteristik Tembaga, Aluminium dan Steel

No.	Jenis Logam	Karakteristik
1	Tembaga	Biasanya digunakan pada saluran yang tidak membutuhkan konstruksi berat Lebih mahal dibandingkan aluminium Berat tembaga sekitar 3 kali berat aluminium Titik leleh > 1000oC
2	Aluminium	Lebih murah dibandingkan tembaga Lebih ringan dibanding aluminium Titik leleh sekitar 700oC
3	Steel	Berat Lebih kaku/molekulnya lebih rapat dibandingkan tembaga dan aluminium Titik leleh lebih tinggi dibanding tembaga dan aluminium

    Beberapa kondisi yang bisa menyebabkan kabel atau saluran transmisi putus adalah :

1. Tersandar pohon, misalnya tempat saluran transmisinya di gunung
   
2. Sambaran petir, jika beban puncak dan melebihi titik leleh konduktor
   
3. Binatang, seperti ular dan tikus.
   

Isolator merupakan elemen yang berfungsi untuk memisahkan bagian konduktor bertegangan terhadap ground dan berfungsi juga sebagai konstruksi. Isolator yang biasa digunakan biasanya terbuat dari bahan polietelin, plastik, kertas dan bahkan udara pun dapat digunakan sebagai isolator. Kawat konduktor pada saluran transmisi tegangan tinggi biasanya tidak menggunakan pelindung atau isolator, namun menjadikan udara sebagai isolatornya. Namun, terdapat saluran transmisi tegangan tinggi yang menggunakan kertas sebagai isolator, yaitu saluran transmisi tegangan tinggi bawah laut.

Infrastruktur sistem transmisi listrik merupakan bentuk pemasangan saluran transmisi termasuk tower listrik dan komponen lainnya. Tower listrik biasanya terbuat dari bahan baja dan disangga dengan kokoh menggunakan pondasi beton. Infrastruktur sistem transmisi disesuaikan dengan wilayah geografis dan standar dari masing-masing wilayah atau negara. Berikut jenis-jenis tower listrik :

1. Dead end tower
   
2. Section tower
   
3. Suspension tower
   
4. Tension tower
   
5. Transposition tower (fasa ditukar)
   
6. Gantry tower (dalam 1 tower terdapat 5 saluran transmisi)
   
7. Combined tower
   

    Itulah pengertian secara umum tentang tiga elemen utama saluran transmisi, yaitu konduktor, isolator dan infrastruktur tiang penyangga, selanjutnya akan dijelaskan mengenai konduktor dan hubungannya dengan GMD (Geometric Mean Distance), serta GMR (Geometric Mean Radius).

    Konduktor yang sering digunakan adalah yang terbuat dari bahan jenis tembaga dan aluminium. Dengan melihat karateristik pada tabel 1, karena berat tembaga sekitar tiga kali berat aluminium dan jika aluminium digunakan dengan diameter yang sama dengan aluminium, maka tempat sambungan kabelnya pada tiang penyangga harus besar dan juga tekukan kabel, tembaga akan melengkung lebih jauh dibandingkan dengan aluminium. Hal ini dikarenakan terdapat prosedur berapa panjang lengkungan kabel berdasarkan diameter. Berikut ilustrasinya :

Gambar 1. Kondisi Konduktor Tembaga dan Aluminium

Namun, apakah aluminium dan tembaga bisa menahan beratnya sendiri? Oleh karena itu digunakan konduktor jenis ACSR (Aluminium Conductor Steel Reinforced).

    Konduktor transmisi umumnya terdiri dari sekumpulan konduktor yang dipilin agar menjadi sebuah konduktor dengan kekuatan (strength) yang lebih tinggi. Salah satu konduktor yang paling umum digunakan adalah Alumunium Conductor, Steel Reinforced (ACSR). Jenis konduktor lain yang dapat digunakan antara lain All Alumunium Conductor (AAC), All Alumunium Alloy Conductor (AAAC) dan Alumunium Conductor Alloy Reinforced (ACAR).

    Berikut gambar konduktor ACSR :

Gambar 2. Arsitektur ACSR

ACSR merupakan konduktor yang terbuat terbuat dari sekumpulan konduktor baja yang dilingkupi dengan dua lapis konduktor berkas berbahan alumunium. Konduktor baja digunakan untuk menopang berat konduktor alumunium karena aluminium belum tentu mampu menopang beratnya sendiri saat dipasang. Konduktor baja pada ACSR telah melalui proses galvanizing untuk menjadi konduktor tersebut tahan terhadap korosi. ACSR yang sering dipakai adalah ACSR 24/7, yaitu terdapat 7 buah konduktor baja dan 24 buah konduktor aluminium.

Sebuah konduktor jika dialiri arus, maka akan menghasilkan medan magnet dan fluks magnet di sekitarnya. Garis-garis fluks magnet tersebut merupakan sebuah lingkaran kosentris dengan arah yang ditentukan oleh aturan tangan kanan Maxwell. Variasi sinusiodal arus menghasilkan variasi sinusoidal pada fluks. Hubungan antara induktansi, fluks yang terlingkupi dan arus fasa dinyatakan dengan :

……………(1)

, dengan L adalah induktansi, λ adalah flux linkage dan I adalah arus.

Pada dasarnya induktansi pada saluran transmisi dibagi menjadi dua, yaitu induktansi internal dan induktansi eksternal. Induktansi internal dikarenakan adanya fluks magnetik di dalam konduktor, sedangkan induktansi eksternal dikarenakan adanya fluks magnetik di luar konduktor. Untuk menghitung induktansi internal dan eksternal saluran transmisi, maka fluks internal dan fluks eksternal harus dihitung dan kemudian dibagi dengan arus yang mengalir.

Berikut perumusan untuk fluks internal dan induktansi internal :

Gambar 3. Internal Konduktor

, dengan μ_r adalah permeabilitas relatif bahan, sedangkan untuk fluks ekternal dan juga induktansi eksternal diantara dua titik D1 dan D2 dapat dirumuskan sebagai :

    Gambar 4. Eksternal Konduktor

Dan dengan menganggap D₁ sama dengan jari-jari konduktor r dan D₂ sama dengan D, maka persamaan (6) akan menjadi:

Dari persamaan (4) dan (7), maka induktansi konduktor karena fluks internal dan eksternal dapat ditentukan sebagai berikut:

Dengan mensubstitusikan r’ = re^-μr/4, maka :

Jika persamaan (9) dan persamaan (7) saling dibandingkan, maka nilai r’ dapat dikatakan sebagai jari-jari fiktif konduktor berketebalan nol, sehingga tidak mempunyai fluks internal. Namun, tetap mempunyai induktansi yang sama dengan konduktor berjari-jari r.

Gambar 5. Konduktor Komposit

Pada di atas digambarkan bahwa kelompok konduktor yang terdiri dari kelompok konduktor x dengan n-berkas konduktor identik berjari-jari r_x dan kelompok konduktor y dengan m-berkas konduktor identik berjari-jari r_y. Konduktor x mengalirkan arus I dengan return path melalui konduktor y, sehingga menyebabkan arus yang mengalir di konduktor y bernilai –I. Karena berkas-berkas konduktor yang digunakan identik, arus total yang mengalir akan terbagi sama rata diantara berkas-berkas konduktor tersebut. Sehingga arus yang mengalir melalui satu konduktor pada kelompok konduktor x adalah I/n dan arus yang mengalir melalui satu konduktor pada kelompok konduktor y adalah I/m. Fluks total yang melingkupi konduktor a pada kelompok konduktor x yang dipengaruhi oleh konduktor-konduktor pada kelompok konduktor x dan kelompok konduktor y adalah:

Persamaan (9) dapat disederhanakan menjadi

Induktansi pada konduktor a dapat dicari dengan:

Induktansi konduktor lain (L_b, L_c,….L_n) dapat didapat juga dengan menggunakan cara yang sama, sedangkan induktansi rata-rata dari salah satu berkas pada kelompok konduktor x dinyatakan sebagai:

Konduktor x terdiri dari n-berkas konduktor yang terhubung secara paralel. Meskipun induktansi dari berkas yang berbeda bernilai tidak sama, induktansi rata-rata dari masing-masing berkas tersebut bernilai sama dengan L_av,x. Dengan mengasumsikan bahwa induktansi rata-rata yang diberikan di atas merupakan induktansi dari n-berkas yang diparalelkan, maka total induktansi pada konduktor x adalah

Selanjutnya nilai Lx disubstitusikan ke persamaan (13), sehingga didapatkan total induktansi pada kelompok konduktor x adalah:

GMR (Geometric Mean Radius) merupakan jari-jari fiktif konduktor berketebalan nol, sehingga tidak mempunyai fluks internal. Namun, tetap mempunyai induktansi yang sama dengan konduktor berjari-jari r, sedangkan GMD (Geometric Mean Distance) merupakan suatu nilai yang menggantikan konfigurasi asli konduktor-konduktor dengan sebuah jarak rata-rata hipotesis (hypothetical mean distance) sehingga induktansi bersama dari konfigurasi tersebut tetap sama. Besarnya GMD dan GMR adalah :

Induktansi konduktor y dapat dicari dengan cara yang sama. Geometric Mean Radius GMR_y akan berbeda nilai dengan GMR_x. Akan tetapi, nilai GMD-nya akan tetap sama.

Pada saluran transmisi tiga fasa, untuk mendapatkan induktansi yang seimbang (sama pada tiap phasa), saluran transmisi perlu ditransposisikan sebanyak tiga kali

    

Gambar 6. Pentransposisian Saluran Transmisi

Fluks yang melingkupi hantaran a, yaitu:

Dalam sistem tiga fasa yang seimbang, maka:

…..(22)

Jadi GMD untuk saluran transmisi tiga fasa adalah:

Contoh soal

1. Jika saluran transmisi tiga fasa dengan masing-masing satu fasa terdiri dari empat kawat dengan konfigurasi sebagai berikut:
   

r     = 30 mm = 0.03 m

D     = 500 mm = 0.5 m

D_urat     = 7000 mm = 7 m

Dengan nilai permeabilitas μ_r = 1, maka:

Mencari GMR : (Persamaan 17)

Mencari GMD :

Asumsi :

500 mm < 7000mm, maka 500mm bisa diabaikan dengan dianggap kecil.

D_ab = 7 m

D_bc = 7 m

D_ac = 14 m

Dan menggunakan persamaan (15), induktansinya adalah:

1. Solid Conductor, Symmetric Spacing
   
   Ditanyakan :
   
   1. GMR
      
   2. GMD
      
   3. Induktansi (L)
      
   4. Jika f=50 Hz, tentukan Reaktansi Induktif
      

Jawaban :

1. Mencari GMR
   
   
   

1. Mencari GMD
   
   
   
2. Mencari L
   
   
3. Reaktansi Induktif (X_L)
   
   X_L = 2 π f L
   
   X_L = 2 x 3.14 x 50 x 76.6 x 10^-7 = 2.405x 10^-3 Ώ/m
   
   KESIMPULAN :
   

Untuk mencari nilai induktansi suatu saluran transmisi, terlebih dahulu dicari besarnya nilai GMR dan GMD dari saluran tersebut. Dengan kita mengetahui besarnya induktansi saluran, maka besarnya reaktansi induktif saluran (X_L). Dengan kata lain GMR dan GMD digunakan untuk mengetahui besarnya reaktansi induktif. Selain itu, GMD dan GMR juga mampu mengetahui berapa besarnya kapasitansi saluran dan impedansi saluran, sehingga besarnya susut tegangan nanti dapat dikendalikan melalui parameter impedansi, kapasitif dan induktansi saluran transmisi.

Gardu Induk

1. Peranan Gardu Induk dalam Sistem Kelistrikan
Gardu Induk merupakan simpul didalam sistem tenaga listrik, yang terdiri dari susunan dan rangkaian sejumlah perlengkapan yang dipasang menempati suatu lokasi tertentu untuk menerima dan menyalurkan tenaga listrik, menaikkan dan menurunkan tegangan sesuai dengan tingkat tegangan kerjanya, tempat melakukan kerja switching rangkaian suatu sistem tanaga listrik dan untuk menunjang keandalan sistem tenaga listrik terkait.

2. Pengertian dan Fungsi Gardu Induk

• Gardu Induk adalah suatu instalasi listrik mulai dari TET (Tegangan Ekstra Tinggi), TT (Tegangan Tinggi) dan TM (Tegangan Menengah) yang terdiri dari bangunan dan peralatan listrik.
• Fungsi Gardu Induk adalah untuk menyalurkan tenaga listrik (kVA, MVA) sesuai dengan kebutuhan pada tegangan tertentu. Daya listrik dapat berasal dari Pembangkit atau dari gardu induk lain.

3. Jenis Gardu Induk
3.1 Menurut Pelayanannya

• Gardu Transmisi, yaitu gardu induk yang melayani untuk TET dan TT
• Gardu Distribusi, yaitu gardu induk yang melayani untuk TM

3.2 Menurut Penempatannya

• Gardu induk pasangan dalam (Indoor Substation)
• Gardu induk pasangan luar (Outdoor Substation)
• Gardu induk sebagian pasangan luar (Combine Outdoor Substation)
• Gardu induk pasangan bawah tanah (Underground Substation)
• Gardu induk pasangan sebagian bawah tanah (Semi Underground Substation)
• Gardu induk mobi (Mobile Substation)

3.3 Menurut Isolasinya

• Gardu induk yang menggunakan udara guna mengisolir bagian-bagian yang bertegangan dan bagian bertegangan lainnya dan dengan bagian yang tidak bertegangan/tanah.
• Gardu induk yang menggunakan gas guna mengisolir bagian-bagian yang bertegangan dan bagian bertegangan lainnya dan dengan bagian yang tidak bertegangan/tanah. Isolasi gas yang digunakan adalah gas SF6 pada tekanan tertentu.

3.4 Menurut rel

• Gardu induk dengan satu rel (single busbar)
• Gardu induk dengan dua rel (double busbar)
• Gardu induk dengan dua rel sistem 1,5 PMT (one and half circuit breaker)

1. Bahan isolasi gas.
   Digunakan sebagai pengisolasi dan sekaligus sebagai media penyalur panas.
   Bahan isolasi gas antara lain adalah: udara, sulphur hexa flourida dan gas-gas
   lain seperti gas bentukan fluoro organik.

ILMU BAHAN LISTRIK

BAHAN PENYEKAT

A.    Pengertian Bahan Penyekat

            Bahan penyekat atau sering disebut dengan istilah isolasi adalah suatu bahan yang digunakan dengan tujuan agar dapat memisahkan bagian – bagian yang bertegangan atau bagian – bagian yang aktif. Sehingga untuk bahan penyekat ini perlu diperhatikan mengenai sifat – sifat dari bahan tersebut yang meliputi : sifat listrik, sifat mekanis, sifat termal, ketahanan terhadap bahan kimia dan lain – lain.

            Bahan penyekat digunakan untuk memisahkan bagian – bagian yang beregangan. Untuk itu pemakaian bahan penyekat perlu mempertimbangkan sifat kelistrikannya. Disamping itu juga perlu mempertimbangkan sifat – sifat bahan penyekat tersebut.

            Sifat kelistrikan mencakup resistivitas, permitivitas, dan kerugian dielektrik. Penyekat membutuhkan bahan yang mempunyai resistivitas yang besar agar arus yang bocor sekecil mungkin (dapat diabaikan). Yang perlu diperhatikan disini 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, disamping jarak dan luas permukaannya. Besarnya permitivitas udara adalah 1,00059, sedangkan 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. Sedangkan kemampuan bahan menahan suhu tertentu tanpa terjadi kerusakan disebut ketahanann panas. Menurut IEC (International Electrotehnical Commission) didasarkan atas batas suhu kerja bahan, bahan isolasi yang digunakan pada suhu dibawah nol (misal pada pesawat terbang, pegunungan) perlu juga diperhitungkan karena pada suhu dibawah 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 keudara 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. Ketahanan terhadap korosi akibat gas, air, asam, basa dan garam bahan isolasi juga bervariasi antara satu pemakaian bahan isolasi didaerah yang konsentrasi kimianya aktif, instalasi tegangan tinggi, dan suhu diatas normal.

            Uap air dapat memperkecil daya isolasi bahan. Karena bahan isolasi juga mempunyai sifat hiigroskopis maka selam penyimpanan atau pemakaian diusahakan agar tidak terjadi penyerapan uap air oleh bahan isolasi, dengan memberikan bahan penyerap uap air, yaitu senyawa P₂O₅ atau CaCl_2. Bahan yang molekulnya berisi kelompok hidroksil (OH) higroskopitasnya relatif 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.

            Didaerah tropis basah dimungkinkan tumbuhnya jamur dan serangga. Suhu yang tinggi yang disertai kelembaban dalam waktu lama dapat menyebabkan turunnya kemampuan isolasi. Oleh karena bahan isolasi hendaknya dilapisi bahan anti jamur (paranitro phenol, dan phenta chloro phenol).

            Pemakaian bahan isolasi sering dipengaruhi bermacam – macam energi radiasi yang berpengaruh dan mengubah sifat bahan isolasi. Radiasi sinar matahari mempengaruhi umur bahan, khususnya jika bersinggungan dengan oksigen. Sinar ultra violet dapat merusak beberapa bahan organik, T yaitu kekuatan mekanik dan elastisitas. Sinar X sinar – sinar dari rekator nuklir, partikel – partikel radio isotop juga mempengaruhi kemampuan bahan isolasi.

            Sifat mekanis bahan kekuatan tarik, modulus elastisitas, dan derajat kekerasan bahan isolasi juga menjadi pertimbangan dalam memilih suatu jenis bahan isolasi.

B.     Sifat – Sifat Bahan Penyekat

Ada beberapa sifat bahan penyekat yang perlu kita ketahui sebagai dasar pemahaman kita tentang bahan penyekat. Sifat – sifat tersebut meliputi sifat listrik, sifat mekanis, sifat termis dan sifat kimia.

a)      Sifat Listrik

Sifat listrik yaitu suatu bahan yang mempunyai tahanan jenis listrik yang besar agar dapat mencegah terjadinya rambatan atau kebocoran arus listrik antara hantaran yang berbeda tegangan atau dengan tanah. Karena pada kenyataannya sering terjadi kebocoran, maka harus dibatasi sampai sekecil-kecilnya agar tidak melebihi batas yang ditentukan oleh peraturan yang berlaku (PUIL : peraturan umum instalasi listrik).

b)     Sifat Mekanis

Mengingat sangat luasnya pemakaian bahan penyekat, maka perlu dipertimbangkan kekuatannya supaya dapat dibatasi hal-hal penyebab kerusakan karena akibat salah pemakaian. Misal memerlukan bahan yang tahan terhadap tarikan, maka dipilih bahan dari kain bukan dari kertas karena lain lebih kuat daripada kertas.

c)      Sifat Termis

Panas yang timbul pada bahan akibat arus listrik atau arus gaya magnet berpengaruh kepada penyekat termasuk pengaruh panas dari luar sekitarnya. Apabila panas yang terjadi cukup tinggi, maka diperlukan pemakaian penyekat yang tepat agar panas tersebut tidak merusak penyekatnya.

d)     Sifat Kimia

Akibat panas yang cukup tinggi dapat mengubah susunan kimianya, begitu pula kelembaban udara atau basah disekitarnya. Apabila kelembaban dan keadaan basah tidak dapat dihindari, maka harus memilih bahan penyekat yang tahan air, termasuk juga kemungkinan adanya pengaruh zat-zat yang merusak seperti : gas, asam, garam, alkali, dan sebagainya.

C.    Pembagian Kelas Bahan Penyekat

            Bahan penyekat listrik dapat dibagi atas beberapa kelas berdasarkan suhu kerja maksimum. Klasifikasi bahan isolasi menurut IEC adalah seperti ditunjukkan pada tabel dibawah ini.

Tabel Pembagian kelas bahan Penyekat

KELAS	SUHU KERJA MAKSIMUM (°C)	KELAS	SUHU KERJA MAKSIMUM (°C)
Y	90	F	155
A	105	H	180
E	120	C	>180
B	130

·         Kelas Y

Yang dapat digolongkan dalam kelas Y adalah : katun, sutera alam wol sintetis, rayon, serat poliamid, kertas, prespan, kayu, poliakrit, polietilin, polivinil, karet.

·         Kelas A

Yang dapat digolongkan dalam kelas A adalah : bahan berserat dari kelas Y yang telah dicelup dalam vernis, aspal, minyak trafo, email yang dicampur vernis dan poliamid.

·         Kelas E

Yang dapat digolongkan dalam kelas E adalah : penyekat kawat email yang memakai bahan pengikat polivinil formal, poli urethan dan damar epoksi dan bahan pengikat lain semacam itu dengan bahan pengisi selulose, pertinaks dan tekstolit, film triasetat, filem serat polietilin tereftalat.

·         Kelas B

Yang dapat digolongkan dalam kelas B adalah : bahan nonorganik (mika, gelas, fiber, asbes) dicelup atau direkat menjadi satu dengan pernis atau konpon, bitumen, sirlak, bakelit dan sebagainya.

·         Kelas F

Yang dapat digolongkan dalam kelas F adalah : bahan bukan organik dicelup dan direkat menjadi satu dengan epoksi, poliurethan, atau vernis yang tahan panas tinggi.

·         Kelas H

Yang dapat digolongkan dalam kelas H adalah : 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.

·         Kelas C

Yang dapat digolongkan dalam kelas C adalah : bahan onorganik yang tidak dicelup dan tidak diikat dengan subtansi organik, 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 polietra flouroetilin (teflon).

D.    Macam – Macam Bentuk Bahan Penyekat

            Dalam penyekat dalam bahan listrik terbagi menjadi tiga yaitu penyekat bentuk padat, penyekat bentuk cair dan penyekat bentuk gas. Akan tetapi pada makalah ini kita akan membahas tentang bahan penyekat bentuk padat.

1)   Penyekat Bentuk Padat

Beberapa bahan penyekat bentuk padat yang sesuai dengan asalnya diantaranya:

1.   Bahan Tambang

        Yang dimaksud dengan isolasi bahan tambang adalah mineral atau bahan yang asal mulanya didapat dari tambang dan digunakan sebagai isolasi pada ikatan kimia atau keadaan alaminya tanpa proses kimia atau proses termal sebelumnya. Bahan isolasi mineral tersebut misalnya batu pualam, batu tulis, klorida, mika, dan mikanit.

a.    Batu Pualam

               Batu pualam ialah batu kapur (CaCO₃) yang keras atau dolomit yang dapat dipoles. Pualam merupakan bongkahan batu yang besar yang kemudian dipotong – potong menjadi lempengan tebal dengan ukuran tertentu. Bagian mukanya digerinda dengan gerinda karborundum dan setelah cukup rata kemudian digosok dengan batu asah. Yang terakhir adalah menggosokkan dengan menggunakan cakram berlapis kain pemoles dan serbuk hijau (chromiun oksida) sebagai bahan tambahan sehingga permukaannya menjadi mengkilat dengan warna yang sangat indah. Warna batu pualam ada yang putih, kuning, kelabu, merah jambu, hitam dan sebagainya, sesuai dengan piegmennya. Semakin padat dan licin maka semakin kurang daya penyerapan airnya.

               Yang padat (tua) lebih mudah penggosokkannya. Batu pualam dapat dibor dengan bor baja khusus. Batu pualam mempunyai sifat mudah pecah, berat (masa jenis paling rendah 2,6 g/cm³), regas, mudah retak kalau dipanasi dan didinginkan mendadak, dan sensitif terhadap asam. Untuk mendapatkan batu pualam yang sifat kelistrikannya baik maka bahan perlu diimpregnasi dengan parafin, polistirin, bitumen, minyak dan sebagainya.

               Dalam teknik listrik batu pualam sudah jarang sekali dipakai, terdesak oleh bahan  lain yang secara teknis lebih baik dan mudah pengolahannya. Dahulu banyak digunakan untuk bahan penghubung. Sekarang, karena rupanya yang indah dan menarik, atu pualam banyak digunakan dalam bidang arsitektur.

b.   Batu Tulis

               Warnanya abu – abu kehitaman. Strukturnya berlapis – lapis sehingga dapat dibentuk sebagai papan. Penggunaannya seperti batu pualam (sebagai panel papan hubung bagi), batu tulis lebih mudah pecah dibanding marmer, tidak dapat dipoles, sifat kelistrikannya dan higroskopisnya dibawah marmer, masa jenis 2,8 g/cm³ tahan terhadap asam dan panas.

c.    Klorida

               Bahan ini warnanya abu – abu, sifat kelistrikan dan kekuatan mekanisnya dibawah batu tulis, mudah dipotong, digergaji, dan dibor. Klorida padat sangat higroskopis, jika akan dipakai sebagai isolator harus diimpregnasi dengan resin, misalnya bakeli yang dicairkan.

d.   Asbes

               Serat asbes yang ditemukan pada batu – batuan (tambang) pada umumnya pendek. Pada suhu 300 °C hingga 400 °C asbes tidak mengalami perubahan kekuatan mekanik, tetapi pada suhu lebih tinggi kandungan airnya akan hilang dan kekuatan mekanisnya akan turun. Ketahanannya terhadap panas tersebut adalah karena pori – porinya mudah dimasuki udara sehingga konduktivitas panasnya akan menurun. Asbes meleleh pada suhu 1150 °C. Asbes yang banyak mengandunf feri oksida akan menjadi semikonduktor. Untuk menaikkan kemampuan isolasinya, asbes perlu diimpregnasi.

               Asbes merupakan bahan yang berserat, tidak kuat dan mudah putus sehingga sebagai penyekat listrik sebenarnya kurang baik. Tetapi asbes mempunyai keistimewaan tersendiri, yaitu tidak dapat terbakar (tahan terhadap panas tinggi). Jadi, disamping sebagai penyekat listrik. Biasanya asbes dipakai sebagai penyekat listrik untuk tegangan rendah.

               Dalam pemakaian, asbes dipintal menjadi semacam benang kasar. Hal ini dilakukan untuk mendapatkan kekuatan mekanis yang lebih baik. Mengingat keistimewaan asbes, yaitu mempunyai sifat tahan panas, maka asbes banyak digunakan dalam peralatan listrik untuk keperluan rumah tangga, misalnya setrika listrik, kompor listrik dan alat – alat pemanas listrik.

               Untuk penyekat panas, elemen – elemen pemanas dibalut dengan benang asbes, misalnya untuk mesin – mesin las dan pemanggang (oven). Asbes juga dipergunakan pada mesin – mesin listrik yang bekerja dengan beban berat dan tidak teratur, karena disitu akan timbul panas yang tinggi, misalnya pada motor – motor tram listrik, derek dan kompresor.

               Lilitan – lilitan motor tersebut dibalut bukan dengan penyekat lain, tetapi dengan asbes. Untuk memperingati daya sekat listriknya, asbes dicelup dalam vernis, sirlak atau bahan penyekat lainnya hal tersebut juga memperkuat daya mekanis dan menjadikannya lebih tahan air. Selain dibuat benag, asbes dibuat lempeng – lempeng tipis yang disebut kertas asbes. Serat – serat asbes dipres dengan dilapisi kertas ditambah dengan bahan perekat, dipakai sebagai pembungkus elemen – elemen pemanas listrik. Semen asbes dibuat dari bahan semen portland sebagai pengikat dan asbes sebagai pengisi, dipres dalam keadaan dingin dan dibuat dalam bentuk papan, lempeng, tabung/pipa dan untuk panel distribusi. Asbes banyak sekali dijual sebagai barang jadi. Pada bentuk lempeng untuk penyekat mungkin dapat terjadi bunga api, misalnya pada kontak – kontak penghubung. Bentuk tabung/pipa dipakai untuk selongsong yang menghendaki penyekatan.

e.    Mika

               Mika merupakan isolasi mineral (bahan tambang). Tahanan listrik dan kekuatan mekanisnya tinggi, tahan panas dan tahan dari pengaruh uap air, sangat ringan, elastis, warnanya bening (transparan) dan licin mengkilat, bentuknya berlapis – lapis. Pada suhu tinggi (diatas batas suhu kerja) mika akan mengeluarkan air yang merupakan bagian dari susunannya. Kebeningannya berkurang atau menjadi kusam. Dalam keadaan demikian mika telah kehilangan kekuatan mekanisnya, mudah retak – retak sehingga daya sekatnya berkurang. Pada suhu 1250 °C hingga 1300 °C susunn kristal mika berubah sama sekali dan mulai meleleh.

               Mika digunakan sebagai isolasi pada mesin – mesin besar dengan tegangan kerja yang tinggi, misalnya generatot turbo, generator hidro pada pembangkit, motor – motor araksi. Disitu mika dipakai untuk menyekat komulator antara lamel – lamel dan sebagai dielektrik kondensator. Mika juga dapat digunakan untuk kaca penjenguk pada tungku – tungku (untuk melihat dalam dari tungku). Selain daripada itu maka banyak dipakai dalam industri alat – alat rumah tangga, untuk menyekat elemen – elemen pemanas dan alat pemasak (kompor listrik), setrika listrik, pemanggang roti dan lain sebagainya.

               Mika adalah mineral dengan kristal monoklin, yaitu kristal yang sumbu – sumbu ruangnya (x, y, z) sama panjang, dua sudut antara sumbu – sumbu sama yaitu 90°. Terdapat beberapa macam mika, diantaranya mika yang umum dijumpai adalah muscovit dengan rumus kimia K₂O.3Al₂O₃.6SiO₂.2H₂O dan flogofit dengan rumus kimia (K₂O.6MgO. 3Al₂O₃. 6SiO₂.2H₂O). Unsur dari mika jenis lain mungkin besi, natrium atau kalsium. Sifat isolasi dan mekanis muskovit lebih baik dibanding flogofit. Permitivitas mika adalah 4 sehingga 10. Sifat – sifat pengisolasian mika searah panjangnya adalah semakin rendah dibanding dengan kearah melintangnya. Resistivitas volumenya paling rendah adalah 109 ohm-cm, sedangkan tan ðnaik hingga 0,1. Muskopit mempunyai ketahanan abrasi yang lebih tinggi dibandingkan dengan plogofit. Sifat ini penting untuk menentukan pilihan bahan isolasi bagian – bagian yang bergerak, misalnya komutator.

               Suhu sampai terjadi penguapan (dehidrasi) pada muskovit adalah 500° hingga 600° C, sedangkan untuk flugofit adalah 800° hingga 900° C. Untuk itu maka flugofit banyak digunakan pada peralatan rumah tangga, misalnya penyekat pemanggang, setrika dan sebagainya. Jenis – jenis plogofit yang banyak mengandung air (hydrated-flogopite) adalah agak lunak dan kemampuan isolasinya lebih rendah. Flogopit jenis ini mulai menunjukkan gejala kerusakan pada suhu 150° hingga 250° C.

               Maka biasanya diperoleh secara alami bersama – sama dengan mineral lainnya seperti kuarsa. Sering juga ditemukan sebagai jalur sepanjang 2cm hingga beberapa meeter pada pegmatit. Pegmatit merupakan sumber bahan yang murah untuk pembuatan muskovit komersial. Setelah diadakan penambangan, mika mentah ditingkatkan kualitasnya, dipotong dan dibersihkan dari bahan ikutan lainnya. Selanjutnya dibentuk menjadi lembaran – lembaran yang sesuai dengan standar masing – masing negara penghasil, misalnya empat persegi panjang dengan perbandingan panjang dan lebarnya 1 : 1 hingga 1 : 3 dengan luas tertentu yang umumnya dibawah 1 m². Ketebalan standar adalah 0,01 hingga 0,03 mm. Kandungan besi oksida atau mineral lainnya didalam mika disebut spot. Kandungan menyebabkan berkurangnya kemampuan isolasi mika.

               Bahan floureflogopit sintesis adalah bahan cadangan yang digunakan untuk menggantikan bahan mika alami. Bahan ini didapat dengan melelehkan jenis mika khusus didalam tanur tinggi pada suhu tinggi sehingga mika menjadi lumer dan kemudian dikristalisasi.

f.     Mikanit

               Mika diperoleh dari tambang dengan jumlah besar dengan ukuran atau dimensi yang tidak teratur sementara alat – alat listrik ukurannya tertentu dan bervariasi. Untuk keperluan itu  dibuat mikanit, yaitu mika yang dibuat sesuai dengan yang dikehendaki. Seringkali pada salah satu sisi mikanit dilapisi dengan kertas atau kain dengan tujuan untuk mendapatkan kekuatan mekanis yang lebih tinggi atau untuk menjaga agar tidak terjadi keretakan ketika mika dibengkokkan.

               Tujuan melapis – lapis mika dan kadang – kadang dengan tambahan lapisan kain, kertas atau pita ialah memperoleh tebal yang diinginkan sehingga mempertinggi daya sekat listrik dan menambah kekuatan mekanis, terutama agar tidak retak jika digulung atau dilipat (dengan lapisan mika).

Beberapa contoh mikanit dibahas dibawah ini :

Ø Mikanit Komutator

          Mikanit komutator mengandung bahan pengikat maksimum 4%, masa jenisnya 2,4 hingga 2,6 gr/cm³ , digunakan untuk bahan isolasi antara lamel – lamel pada komutator mesin arus searah. Karena pada waktu pengerjaannya digunakan tekanan tinggi dan mengandung sedikit resin, maka bahan ini tahan arus walaupun mendapatkan tekanan yang tinggi dan suhu kerja 180° C. Itulah sebabnya mikanit ini tepat untuk penyekat lamel – lamel komutator. Kontraksi mekanit pada suhu 20° C tidak lebih dari 9% dengan tekanan hingga 600 kg/cm².

Ø Mikanit Lempengan

          Lempeng mekanit muskovit atau flagopit atau dari paduan keduanya dengan bahan pengikat sirlak atau gliptal. Perbandingan mika dengan campurannya pada pita mika adalah sekitar 4 : 1 . dalam hal ini lempengan diperlukan untuk isolasi yang tidak memerlukan bengkokan (misal untuk pembuatan cincin). Baik mekanit komutator maupun mekanit lempengan tergolong mekanit keras.

Ø Mikanit Cetakan

          Mikanit ini dibuat berbagai bentuk sesuai dengan keperluan. Cara pembentukkannya adalah dengan memanasinya dan kemudian mencetaknya sebelum didinginkan. Penggunaannya antara lain sebagai pengisolasi antara poros dengan komutator dan antara poros dengan inti rotor. Mikanit cetakan dipabrikasi dengan ketebalan 0,1 hinga 0,5 mm dengan bahan pengikat sirlak atau gliptal dengan komposisi bahan pengikat 8 hingga 25% dan sisanya adalah mika.

Ø Kertas Mika

          Kertas mika termasuk jenis mikanit cetakan, dibuat dari muskovit atau flogopit dengan bahan pengikat sirlak atau resin sintesis, dipabrikasi dengan bentuk gulungan sebesar 0,4 m dengan tebal 0,15 hingga 0,3 mm, salah satu sisinya dilapisi dengan kertas setebal 0,05 hingga 0,06 mm. Penggunaannya adalah untuk membuat isolasi yang keras pada belitan jangkar mesin tegangan tinggi.

Ø Mikanit Fleksibel

                  Mikanit fleksibel diproduksi dalam bentuk lemmpengan dengan ketebalan 0,15 hingga 0,06 mm, terbuat dari muskopit atau flogopit yang dilapisi dengan minyak vernis bitumen atau dilspisi minyak vernis gliptal. Mikanit fleksibel jenis lain adalah yang kedua sisinya dilapisi kertas dengan ketebalan 0,2 hingga 0,5 mm. Mikanit fleksibel yang tanpa pelapis kertas mengandung komposisi mika sebanyak 74 hingga 90% sedangkan yang dilapisi kertas mengandung mika sekitar 30%. Pada suhu kamar, mikanit fleksibel dapat dibengkokkan tanpa pemanasan. Penggunaannya antara lain sebagai pengisolasi yang fleksibel, pengisolasi alur pada mesin listrik.

Ø Pita Mika

             Biasanya tebalnya antara 0,1 sampai 0,18 mm dan dalam bentuk gulungan dengan lebar sedikitnya 40 cm. Gulungan tersebut kemudian dipotong – potong menjadi pita dengan lebar 12 sampai 35 cm.

             Pita mika dibuat dari muskovit atau flogopit, dilapisi vernis. Vernis yang digunakan berwarna muda (bening) dan tua (hitam). Yang warna muda lebih tahan panas dan khusus dipakai untuk lilitan rotorpada generator turbo sehingga sering dinamakan pita mika rotor. Kadang – kadang ada pula pita  mika yang dilapisi dengan sutera atau kain kaca.

             Ada pula salah satu jenis mika yang disebut samika. Samika dibuat dengan memanaskan serat mika hingga suhu 800 °C, kemudian merendamnya didalam larutan soda dan dimurnikan dengan asam chlorida atau asam sulfat encer. Selanjutnya mika yang sudah mengembang, bersama – sama dengan airnya, diangkat dan dijadikan bubur yang diberi beberapa macam pengikat (bahan organik) untuk kemudian dijadikan kertas mika tebal dan kemudian dipabrikasi dengan mesin pembuat kertas mika. Bahan pengikat maupun pelapisnya hendaknya sesuai dengan kelas mika (kelas C dan H), kecuali kalau akan digunakan pada suhu dibawah suhu kerja mika. Bahan pengikat yang sering digunakan adalah senyawa amonium fosfat atau kaca. Hasilnya disebut kertas slyudinit atau kertas samika. Dalam banyak hal bahan ini dapat menggantikan fungsi dari mikanit, kertas mika dan pita mika.

             Bahan isolasi mika sintetis perlu dipikirkan karena tingginya biaya pembuatan dan banyaknya limbah yang dihasilkan dalam pembuatan mikanit.