Ar Rrrrrrrr Rrrrrrrr Rrrrrrrr

34
PENGERTIAN ISOLATOR Isolator dan fungsinya 1.Material listrik yang tidak bisa di aliri listrik 2.Untuk menyekat suatu penghantar bertegangan terhadap hantaran lain yang bertegangan ataupun tidak bertegangan 3.Untuk melindungi keselamatan manusia terhadap kemungkinan terjadinya sentuhan dengan hantaran listrik tersebut Berikut ini jenis-jenis isolator bisa dibedakan menurut zatnya * Padat : pualam, mika asbes, kayu kering, prespan, dan lain-lain * Setengah Padat : aspal, damar, lilin, pernis, dan lain-lain * Cair : minyak transformator * Gas : hidrogen, nitrogen, udara kering, CO2, SF6 dan lain-lain itulah uraian dari fungsi Konduktor Dan Isolator menurut ketentuan Standard pemasangan Instalasi Domistik maupun Non Domistik kalau agan ingin menambahkan artikel ini silahkan tulis di kotak komentar biar kita bisa belajar bersama-sama tentang kelistrikan Salam Semangat RANGKAIAN OSILATOR Pada beberapa rangkaian dibutuhkan sederetan pulsa clock dengan frekuensi tertentu. Deretan pulsa clock ini dapat dibangkitkan dengan menggunakan suatu osilator yang dibentuk dengan menggunakan gerbang logika ataupun dengan menggunakan piranti lain seperti LM555 yang pada awalnya dirancang unutk digunakan sebagai pewaktu (timer).Pada beberapa pemakaian, seperti pada jam digital, frekuensi dari osilator ini harus sangat presisi karena ketepatan dari jam ini hanya ditentukan oleh ketepatan dari frekuensi clock. Untuk keperluan seperti ini biasanya digunakan osilator yang menggunakan kristal kwarsa yang memiliki ketepatan dan kestabilan frekuensi yang sangat tinggi. Osilator RC

Transcript of Ar Rrrrrrrr Rrrrrrrr Rrrrrrrr

Page 1: Ar Rrrrrrrr Rrrrrrrr Rrrrrrrr

PENGERTIAN ISOLATOR

Isolator dan fungsinya

1.Material listrik yang tidak bisa di aliri listrik

2.Untuk menyekat suatu penghantar bertegangan terhadap hantaran lain yang bertegangan

ataupun tidak bertegangan

3.Untuk melindungi keselamatan manusia terhadap kemungkinan terjadinya sentuhan dengan

hantaran listrik tersebut

Berikut ini jenis-jenis isolator bisa dibedakan menurut zatnya

* Padat : pualam, mika asbes, kayu kering, prespan, dan lain-lain

* Setengah Padat : aspal, damar, lilin, pernis, dan lain-lain

* Cair : minyak transformator

* Gas : hidrogen, nitrogen, udara kering, CO2, SF6 dan lain-lain

itulah uraian dari fungsi Konduktor Dan Isolator menurut ketentuan Standard pemasangan

Instalasi Domistik maupun Non Domistik kalau agan ingin menambahkan artikel ini silahkan tulis

di kotak komentar biar kita bisa belajar bersama-sama tentang kelistrikan

Salam Semangat 

RANGKAIAN OSILATOR

Pada beberapa rangkaian dibutuhkan sederetan pulsa clock dengan frekuensi tertentu. Deretan pulsa clock ini dapat dibangkitkan dengan menggunakan suatu osilator yang dibentuk dengan menggunakan gerbang logika ataupun dengan menggunakan piranti lain seperti LM555 yang pada awalnya dirancang unutk digunakan sebagai pewaktu (timer).Pada beberapa pemakaian, seperti pada jam digital, frekuensi dari osilator ini harus sangat presisi karena ketepatan dari jam ini hanya ditentukan oleh ketepatan dari frekuensi clock.  Untuk keperluan seperti ini biasanya digunakan osilator yang menggunakan kristal kwarsa yang memiliki ketepatan dan kestabilan frekuensi yang sangat tinggi.Osilator RCOsilator ini menggunakan tahanan dan kapasitor sebagai penentu frekuensinya. Osilator ini sangat mudah untuk dibangun namun memiliki ketelitian frekuensi yang rendah. Rangkaian osilator RC yang paling sederhana dapat dibangun dengan menggunakan satu gerbang seperti yang diperlihatkan pada Gambar berikut:

Page 2: Ar Rrrrrrrr Rrrrrrrr Rrrrrrrr

                  Gambar Rangkaian osilator RC dengan inverter

Inverter yang digunakan adalah inverter yang dilengkapi dengan Schmitt Trigger.

Fungsi Schmitt Trigger disini adalah untuk mempercepat transisi tegangan keluaran

dan memberi efek hysteresis pada tegangan masukan.   Efek hysteresis ini dapat

dilihat pada Gambar berikut:

 

Gambar Efek hysteresis pada inverter

 Dari Gambar terlihat bahwa keluaran baru akan turun jika masukan melampaui V2,

yaitu ambang tegangan atas (upper threshold).   Selanjutnya jika tegangan masukan

diturunkan maka keluaran baru akan naik jika masukan lebih rendah dari V1, yaitu

ambang tegangan bawah (lower threshold).  Pada awalnya kapasitor belum

bermuatan sehingga tegangan jepitnya adalah nol. Pada saat catu daya dinyalakan

maka tegangan masukan inverter adalah rendah sehingga keluarannya tinggi. Oleh

karena itu arus akan mengalir dari keluaran menuju ke kapasitor C melalui tahanan

R.  Arus ini akan mengisi kapasitor sehingga tegangan jepitnya akan naik perlahan-

lahan secara eksponensial.  Pada saat tegangan masukan melampaui V2 maka

Page 3: Ar Rrrrrrrr Rrrrrrrr Rrrrrrrr

keluaran akan turun dengan cepat.  Karena saat ini tegangan keluaran < tegangan

kapasitor maka arus akan mengalir dari kapasitor menuju ke keluaran inverter

sehingga kapasitor akan mengalami proses pengosongan.  Karena mengalami

pengosongan maka tegangan kapasitor akan turun secara perlahan sampai

melampui V1, saat mana keluaran inverter akan kembali naik dan kapasitor akan

mengalami proses pengisian.  Hal ini akan terus berulang sehingga keluaran akan

turun dan naik secara beraturan.  Hubungan antara tegangan masukan dan keluaran

inverter diperlihatkan pada Gambar  di bawah ini:

Gambar Bentuk gelombang tegangan masukan dan keluaran inverter

 Frekuensi dari osilator ini ditentukan oleh tahanan R, kapasitor C dan impedansi

masukan dari inverter yang digunakan. Secara umum dapat dikatakan bahwa

frekuensi keluaran adalah :

f = k x R x C

dimana k adalah konstanta yang harus dicari dengan eksperimen.  Gerbang TTL yang

dapat digunakan pada osilator ini antara lain ialahSN7414 (Hex Schmitt Trigger

Inverter) dan SN7413 (Dual 4-input Schmitt Trigger NAND Gate). MC40106 dari

keluarga CMOS juga dapat digunakan untuk osilator ini.

Versi lain dari osilator RC adalah yang menggunakan dua gerbang seperti yang

diperlihatkan pada Gambar berikut:

Gambar Rangkaian osilator versi kedua

Page 4: Ar Rrrrrrrr Rrrrrrrr Rrrrrrrr

 Pada rangkaian ini gerbang yang digunakan harus gerbang CMOS untuk

mendapatkan impedansi masukan yang besar agar arus masukan gerbang tidak

mempengaruhi konstanta waktu dari RC. Cara kerja rangkaian ini adalah sebagai

berikut :

Misalkan mula-mula kapasitor tidak bermuatan sehingga tegangan jepitnya adalah

nol. Jika pada saat catu daya dinyalakan VO = 0 maka VA juga = 0 sehingga VB = VDD. 

Akibatnya kapasitor akan mengalami pengisian dari keluaran N1 melalui RX sehingga

tegangan jepit kapasitor dan VC akan naik secara perlahan.  Karena impedansi

masukan dari N1 sangat besar maka tegangan jatuh pada R1 ? 0 sehingga VA ? VC.

Pada saat VA melampaui ambang logika-1 maka VB akan turun ke logika-0 sehingga

VB ? 0 dan VO naik ke logika-1 sehingga VO ? VDD.  Akibatnya kapasitor akan

mengalami proses pengosongan melalui RX.  Tegangan jepit kapasitor dipantau oleh

N1 melalui R1. Pada saat tegangan ini turun melampaui ambang logika-0 maka

keluaran N1 akan beralih ke logika-1 sehingga VB ? VDD dan kapasitor akan

mengalami proses pengisian kembali.  Hal ini akan terus berulang sehingga VO akan

merupakan tegangan persegi dengan frekuensi :

f = (RX.CX) / 2,2

Hubungan antara tegangan kapasitor dengan tegangan keluaran adalah seperti yang

diperlihatkan pada Gambar berikut:

Gambar Hubungan antara tegangan kapasitor dengan tegangan keluaran

 Dengan mengganti gerbang NOT dengan gerbang NAND atau NORmaka rangkaian

osilator dapat dikontrol.  Dengan adanya kontrol ini maka osilator dapat dinyalakan

atau dipadamkan dengan mengatur nilai logika dari satu masukan gerbang. Contoh

rangkaian ini adalah seperti yang diperlihatkan pada Gambar berikut:

Page 5: Ar Rrrrrrrr Rrrrrrrr Rrrrrrrr

Gambar Osilator dengan gerbang NAND

 Pada rangkaian ini, gerbang NOT digantikan dengan gerbang NAND. Jika

masukan KONTROL diberi logika-1 maka gerbang N1 akan di-enablesehingga

osilator akan bekerja.  Jika kontrol diberi logika-0 maka N1 di-disable sehingga

keluarannya akan selalu tinggi sehingga osilator tidak bekerja.

Apabila diinginkan, maka rangkaian ini dapat juga diimplementasikan dengan

menggunakan gerbang NOR seperti yang diperlihatkan pada Gambar berikut:

Gambar Osilator dengan gerbang NOR

Pada rangkaian di atas, osilator akan bekerja jika masukan kontrol berlogika-0.  Jika

kontrol berlogika-1 maka keluaran N1 akan selalu rendah sehingga osilator tidak

bekerja.

Pada ketiga rangkaian osilator ini, R1 berfungsi agar gelombang tegangan keluaran

memiliki duty cycle = 50%.  Yang dimaksud denganduty cycle adalah perbandingan

antara lamanya keluaran berlogika-1 dengan lama satu siklus lengkap. Sebagai

contoh, sauatu gelombang tegangan dikatakan memiliki duty cycle jika dalam satu

siklus selama 1 detik, gelombang tersebut berlogika-1 hanya selama 0,5 detik. 

Apabiladuty cycle sebesar 50% tidak diperlukan maka tahanan R1 dapat ditiadakan.

Selain gerbang-gerbang logika, LM555 juga dapat dioperasikan sebagai osilator. Pada

penggunaannya sebagai osilator IC ini dirangkai sedemikian rupa agar mampu untuk

men-trigger dirinya sendiri. Contoh rangkaiannya adalah seperti yang diperlihatkan

pada Gambar berikut:

Page 6: Ar Rrrrrrrr Rrrrrrrr Rrrrrrrr

Gambar Osilator dengan LM555

Pada osilator ini perioda pengisian kapasitor adalah :

T1 = 0,693 x (RA + RB) x C

sedangkan perioda pengosongan kapasitor adalah :

T1 = 0,693 x RB x C

Frekuensi keluaran dari osilator adalah :

f = 1,44 / (RA + 2RB).C

sedangkan duty cycle adalah :

D = (RA + RB)/(RA + 2RB)

 

Osilator Kristal 

 Seperti telah dinyatakan sebelumnya, pada beberapa aplikasi dibutuhkan clock

dengan frekuensi yang sangat teliti. Clock seperti ini tidak dapat dibangkitkan

dengan menggunakan osilator RC karena tingkat ketelitian osilator ini sangat rendah.

Sebagai gantinya digunakan osilator kristal.  Disebut osilator kristal karena

osilator ini menggunakan kristal kwarsa sebagai komponen penentu

frekuensinya.  Kristal kwarsa memiliki frekuensi resonan yang ditentukan oleh

ketebalannya. Umumnya frekuensi resonannya berbanding terbalik dengan

ketebalannya.

Kelebihan dari kristal ini ialah frekuensi resonannya sangat akurat dan hanya sedikit

terpengaruh oleh suhu ataupun komponen eksternal.  Oleh karena itu kristal ini

sangat banyak digunakan pada peralatan yang membutuhkan osilator dengan

frekuensi yang teliti.  Salah satu alat yang paling sering mengunakan osilator kristal

adalah jam.  Ketelitian dari jam ditentukan oleh ketelitian frekuensi clock yang meng-

increment-nya.  Jika frekuensi clock keitnggian maka jam akan menjadi terlalu cepat. 

Sebaliknya jika frekuensi clock terlalu rendah maka jam akan terlalu lambat.  Oleh

karena itu dibutuhkan osilator yang dapat membangkitkan pulsa clock yang sangat

teliti agar jam tidak terlalu cepat atau terlalu lambat.

Osilator kristal dapat dibangun dengan menggunakan gerbang TTL ataupun CMOS. 

Pada penggunaannya sebagai osilator kristal, gerbang-gerbang yang digunakan

dipaksa untuk bekerja didaerah liniernya yang umumnya harus dihindari jika

Page 7: Ar Rrrrrrrr Rrrrrrrr Rrrrrrrr

gerbang-gerbang ini digunakan sebagai perangkat logika.   Agar dapat berosilasi

gerbang-gerbang ini harus bersifat sebagai penguat linier. Hal ini dapat dicapai

dengan memberikan umpanbalik dari keluaran ke masukan suatu gerbang melalui

sebuah tahanan, seperti yang diperlihatkan pada Gambar berikut:

Gambar Contoh penggunaan umpanbalik pada suatu inverter Jika keluaran inverter rendah maka arus akan mengalir dari masukan ke keluaran

melalui R sehingga memaksa masukan untuk turun ke logika-0.  Sebaliknya jika

keluaran tinggi maka arus akan mengalir dari keluaran ke masukan melalui R

sehingga memaksa masuka untuk naik ke logika-1.  Demikian seterusnya sampai

tercapai keadaan steady state dimana masukan tidak rendah dan tidak tinggi,

sehingga gerbang bekerja pada daerah liniernya.

Nilai tahanan umpanbalik harus disesuaikan dengan jenis gerbang yang digunakan.

Nilai ini harus dipilih agar tegangan keluaran gerbang kira-kira setengah tegangan

catu. Dengan demikian maka kisar naik dari tegangan keluaran akan sama dengan

kisar turunnya.  Contoh rangkaian osilator kristal dengan gerbang TTL dapat dilihat

pada Gambar berikut:

Gambar Osilator kristal dengan gerbang TTL

 Pada contoh ini digunakan dua buah inverter untuk mendapatkan umpanbalik

positip. Masing-masing inverter diberi umpanbalik negatip melalui sebuah tahanan.

Kristal kwarsa dihubungkan seri dengan sebuah kapasitor variabel antara keluaran

dengan masukan osilator. Fungsi kapasitor variabel disini ialah untuk menala

Page 8: Ar Rrrrrrrr Rrrrrrrr Rrrrrrrr

frekuensi agar benar-benar sesuai dengan yang diinginkan dan sekaligus membatasi

arus eksitasi dari kristal.

Jika menggunakan gerbang CMOS maka umumnya rangkaian osilator yang

digunakan adalah osilator Collpits, dimana kapasitor digunakan pembagi tegangan

kapasitip. Contoh rangkaian ini dapat dilihat pada Gambar berikut:

Gambar Osilator kristal dengan gerbang CMOS

Inverter N1 dioperasikan sebagai penguat linier dengan memberi umpanbalik negatip

melalui tahanan R. Kapasitor C1 dan C2 berfungsi sebagai pembagi tegangan

kapasitip. Inverter N2 berfungsi sebagai penyangga agar N1 tidak dibebani oleh

beban osilator.

Agar dapat berosilasi maka tegangan masukan atau umpanbalik dari osilator ini

harus :

VIN ? VO / AV

dimana AV : adalah faktor penguatan tegangan dari gerbang

Jika AV =1 maka          VIN ? VO

Agar VIN = VO maka    C1 = C2

Fungsi kapasitor variabel C adalah untuk menala osilator dan membatasi arus

eksitasi dari kristal.  Pada rangkaian osilator ini nilai C1 dan C2 biasanya lebih kecil

dari 47 pF agar tidak mempengaruhi frekuensi resonan dari kristal.  Nilai tahanan R

harus dipilih sedemikian rupa agar tegangan keluaran mendekati VDD/2 pada saat

osilator tidak bekerja. Dengan demikian maka tegangan keluaran dapat naik dan

turun dengan simpangan yang sama.

Page 9: Ar Rrrrrrrr Rrrrrrrr Rrrrrrrr

Isolator listrikDari Wikipedia bahasa Indonesia, ensiklopedia bebas

Belum Diperiksa

Isolator keramik di rel kereta api

Isolator listrik adalah bahan yang tidak bisa atau sulit melakukan perpindahan muatan listrik. Dalam

bahan isolator valensi elektronnya terikat kuat pada atom-atomnya. Bahan-bahan ini dipergunakan

dalam alat-alat elektronika sebagai isolator, atau penghambat mengalirnya arus listrik. Isolator

berguna pula sebagai penopang beban atau pemisah antara konduktor tanpa membuat adanya arus

mengalir ke luar atau atara konduktor. Istilah ini juga dipergunakan untuk menamai alat yang

digunakan untuk menyangga kabel transmisi listrik pada tiang listrik.

Beberapa bahan, seperti kaca, kertas, atau Teflon merupakan bahan isolator yang sangat bagus.

Beberapa bahan sintetis masih "cukup bagus" dipergunakan sebagai isolator kabel. Contohnya plastik

atau karet. Bahan-bahan ini dipilih sebagai isolator kabel karena lebih mudah dibentuk / diproses

sementara masih bisa menyumbat aliran listrik pada voltase menengah (ratusan, mungkin ribuan volt).

Page 10: Ar Rrrrrrrr Rrrrrrrr Rrrrrrrr

1. Bahan-bahan Isolasi

Bahan isolasi yang biasa dipergunakan pada isolator saluran udara yang dioperasikan pada tegangan tinggi

(di atas 1 kV) adalah bahan porselin, bahan gelas serta bahan polymer (composite).

1.1 Bahan Porselin (keramik)

Porselin terbuat dari tanah liat china (china clay) yang terdapat di alam dalam bentuk alumunium silikat.

Bahan tersebut dicampur kaolin, felspar dan quarts. Kemudian campuran ini dipanaskan dalam tungku yang

suhunya dapat diatur. Bahan porselin dibakar sampai keras, halus mengkilat dan bebas dari lubang-lubang.

Untuk mendapatkan sifat-sifat listrik dan sifat mekanis yang baik, harus dipilih suhu pemrosesan bahan

isolasi yang sesuai, karena jika bahan isolasi diproses pada suhu yang agak rendah, sifat mekanisnya baik,

tetapi bahan tetap berlubang-lubang. Sedangkan jika diproses pada suhu yang tinggi, lubang-lubangnya

berkurang tetapi bahan menjadi rapuh.

Isolator porselin yang baik secara mekanis mempunyai kuat dielektrik kira-kira 60 kV/cm, kuat tekan dan

kuat tariknya masing-masing 70.000 kg/cm2 dan 500 kg/cm2.

Beberapa kelebihan isolator porselin/keramik antara lain:

1. Stabil, adanya ikatan ionik yang kuat antaratom yang menyusun keramik, seperti silikon dan oksigen

dalam silica dan silicates, membuatnya strukturnya sangat stabil dan biasanya tidak mengalami degradasi

karena pengaruh lingkungan. Ini berarti bahwa isolator keramik tidak akan rusak oleh pengaruh UV,

kelembaban, aktivitas elektrik, dsb.

2. Mempunyai kekuatan mekanik yang baik, merupakan ciri alami bahwa bahan keramik mempunyai sifat

mekanik yang kuat, sehingga pada pemakaian isolator porselin sebagai terminal kabel, bushing, dan

arrester surja tidak memerlukan material lain untuk meyokongnya.

3. Harganya relatif murah, penyusun porselin seperti clay, feldspar dan quartz harganya relatif murah dan

persediaannya berlimpah.

4. Tahan lama, proses pembuatan porselin yang terdiri dari beberapa proses seperti pencetakan dan

pembakaran dalam mengurangi kadar air menyebabkan porselin mempunyai sifat awet.

Di samping kelebihan-kelebihan di atas, isolator porselin mempunyai beberapa kekurangan, yaitu:

1. Mudah pecah, isolator porselin rentan pecah pada saat dibawa maupun saat instalasi. Vandalisme

merupakan faktor utama yang yang menyebabkan isolator pecah.

2. Berat, salah satu sifat dari keramik adalah mempunyai massa yang berat. Oleh karenanya, pada isolator

porselin berukuran besar dan berat biasanya mahal karena biaya yang dikeluarkan untuk pengiriman dan

instalasi.

3. Berlubang akibat pembuatan kurang sempurna, berdasarkan pengalaman isolator porselin yang

berlubang dapat meyebabkan terjadinya tembus internal (internal dielectric breakdown).

4. Bentuk geometri kompleks, porselin mempunyai relatif mempunyai karakteristik jarak rayap yang kecil,

oleh karenanya untuk memperpanjang jarak rayap tidak dilakukan dengan memperbesar diameter atau

memperpanjang isolator melainkan mendesain isolator dengan membuat shed-shed. Hal ini membuat

bentuknya menjadi kompleks.

5. Mudah terpolusi, permukaan porselin bersifat hidrophilik, yang berarti bahwa permukaan porselin mudah

untuk menangkap air, sehingga pada kondisi lingkungan yang berpolusi mudah untuk terbentuk lapisan

konduktif di permukaannya. Hal ini yang dapat menyebabkan kegagalan isolasi yaitu flashover.

1.2 Bahan Gelas

Selain bahan porselin, bahan gelas juga banyak digunakan sebagai isolator pasangan luar (outdoor

insulator) atau isolator saluran udara (overhead insulator), karena bahan gelas mempunyai kelebihan-

kelebihan sebagai berikut:

1. Kuat dielektriknya tinggi, sekitar 140 kV/cm

2. Koefesien muainya rendah

3. Mudah didesain (karena kuat dielektrikanya tinggi)

4. Kuat tekannya lebih besar daripada porselin

Page 11: Ar Rrrrrrrr Rrrrrrrr Rrrrrrrr

5. Karena sifatnya yang tembus pandang, adanya keretakan, ketidakmurnian bahan, adanya gelembung

udara dan pecahnya isolator mudah diketahui

6. Bahan hampir merata (homogen)

Selain keuntungan-keuntungan yang dimilikinya, isolator gelas juga mempunyai kerugian sebagai berikut:

1. Uap air mudah mengembun pada permukaannya.

Oleh karena itu debu dan kotoran akan mudah mengumpul pada permukaannya, kejadian ini akan

memudahkan mengalirnya arus bocor serta terjadinya flashover

2. Untuk dipergunakan pada sistem tegangan yang tinggi, gelas tidak dapat dicor dalam bentuk yang tidak

beraturan, karena pendinginan yang tidak teratur akan menimbulkan tekanan dari dalam.

3. Mudah pecah, sama seperti bahan porselin, bahan gelas mempunyai sifat yang mudah pecah pula.

Vandalisme merupakan penyebab utama pecahnya isolator gelas (misal ditembak).

1.3 Bahan Polimer (Composite)

Bahan polimer telah dipakai selama kurang lebih 50 tahun dan mengalami perkembangan pesat dibanding

bahan lainnya. Menurut R. Hackam, pada tahun 1940 telah dipakai bisphenol epoxy resin untuk isolator

dalam, cycloaliphatic epoxy untuk isolator luar (1950). Selanjutnya terjadi perkembangan pesat dalam

pemakaian polimer untuk bahan isolator dan dibuat untuk skala komersial. Ethylene Propylene Rubber

(EPR) dibuat oleh Ceraver, Francis (1975), Ohio Brass, USA (1976), Sedivar, USA (1977), dan Lapp, USA

(1980). Silicone Rubber (SIR) dibuat oleh Rosenthal, Jerman (1976) dan Reliable, USA (1983), serta

penggunaan cycloaliphatic epoxy pada jaringan transmisi di United Kingdom (1977).

Isolator komposit (composite insulator) telah digunakan di beberapa negara lebih dari tiga dekade sebagai

alternatif pengganti isolator porselin dan gelas. Isolator komposit menunjukkan performansi yang bagus

pada beberapa kondisi, terutama untuk daerah berpolusi.

Beberapa kelebihan yang dimiliki oleh isolator polimer:

1. Ringan, kepadatan material polimer lebih rendah dibandingkan keramik maupun gelas, hal ini

menyebabkan isolator polimer ringan, sehingga mudah dalam penanganan maupun instalasi.

2. Bentuk geometri sederhana, karena mempunyai karakteristik jarak rayap yang relatif besar

menyebabkan desain isolator polimer sederhana.

3. Tahan terhadap polusi, karena bahan polimer mempunyai sifat hidrophobik (menolak air) yang baik.

Sehingga air atau kotoran lainnya akan sukar menempel pada permukaannya meskipun dioperasikan pada

kondisi lingkungan yang berpolusi maka isolator polimer mempunyai ketahanan tegangan lewat-denyar

yang baik.

4. Waktu pembuatan lebih singkat dibandingkan dengan isolator porselin, namun tidak mengurangi

performansinya.

5. Tidak terdapat lubang karena pembuatan, karena sifat polimer yang berbeda dengan porselin dalam

hal pembuatannya. Sehingga memungkinkan tidak terjadinya tembus internal.

Sedangkan kekurangan yang dimilki oleh isolator polimer adalah:

1. Penuaan/degradasi pada permukaannya (surface ageing), stress yang disebabkan antara lain karena

korona, radiasi UV atau zat kimia dapat menyebabkan reaksi kimia pada permukaan polimer. Sehingga

dapat merusak permukaan polimer (penuaan) yang dapat menghilangkan sifat hidrofobiknya,

2. Mahal, bahan penyusun polimer lebih mahal dibandingkan dengan porselin maupun gelas.

3. Kekuatan mekaniknya kecil, isolasi polimer biasanya tidak mampu untuk menyokong dirinya sendiri.

Oleh karenanya dalam instalasi dibutuhkan peralatan lain seperti jacket (oversheath) sebagai

penyokongnya.

4. Kompabilitas material, produk polimer menpunyai interface lebih dari satu sumbu bergantung pada

fungsi dan desainnya. Apabila terdapat banyak interface menyebabkan pengaruh penting pada perekatnya.

Page 12: Ar Rrrrrrrr Rrrrrrrr Rrrrrrrr

Oleh karenya harus diketahui dengan jelas sebelum menggunakan isolator polimer, sebab dapat

menimbulkan korosi atau retakan apabila formulasinya tidak sesuai.

2 Klasifikasi Isolator Saluran Udara

Menurut penggunaan dan konstruksinya, isolator pasangan luar (outdoor insulator) atau isolator saluran

udara (overhead insulator) diklasifikasikan menjadi: isolator pasak (pin type insulator), isolator piring

(suspension insulator), isolator batang panjang (long rod insulator), isolator pos saluran (line post insulator)

dan isolator pos pin (pin post insulator).

2.1 Isolator Pasak (Pin Type Insulator)

Isolator jenis ini adalah yang pertama kali dirancang untuk menopang penghantar saluran. Desain dari

isolator ini ditunjukkan pada gambar 2.1. Garis patah-patah AB menunjukkan jarak rayap isolator.

Jarak rayap isolator dapat diperpanjang dengan membuat sebuah atau lebih pelindung hujan (rain shed),

pelindung hujan ini disebut juag petticoats atau skirt. Pelindung hujan dibuat sedemikian rupa agar pada

waktu isolator basah masih terdapat jarak rayap yang kering.

Untuk pemakaian tegangan yang makin tinggi, dibutuhkan bahan isolasi yang makin tebal, akan tetapi

dalam praktek tidak dapat dibuat isolator tunggal yang sangat tebal. Oleh karena itu dibuat isolator pasak

yang terdiri dari beberapa 7bagian disambungkan satu sama lain dengan mempergunakan perekat semen. ‘

A

B

Gambar 2.1 Isolator Pasak Tunggal

Isolator jenis pasak dapat dipergunakan sampai 80 kV. Desain isolator pasak yang terdiri dari beberapa

bagian dapat dilihat pada gambar 2.2 sebagai berikut:

Gambar 2.2

Isolator pasak terdiri dari dua bagian

2.2 Isolator Piring (Suspension Insulator)

Untuk tegangan saluran yang tinggi, isolator pasak yang dibutuhkan menjadi lebih berat, desainnya rumit

dan harganya mahal. Penggantian isolator yang rusak mahal, oleh karenanya isolator pasak menjadi tidak

ekonomis bila digunakan pada sistem tegangan yang tinggi.

Pada sistem saluran udara tegangan tinggi, jenis isolator yang banyak dipergunakan adalah isolator piring.

Sejumlah isolator piring dihubung-hubungkan secara seri dengan mempergunakan sambungan logam,

membentuk satu rentengan. Sedangkan penghantar saluran dipegang oleh isolator yang terbawah.

Keuntungan-keuntungan mempergunakan isolator piring adalah:

1. Tiap isolator piring dirancang untuk tegangan yang tidak terlalu tinggi, jadi dengan menghubungkan

sejumlah isolator, dapat dirancang suatu rentengan isolator sesuai dengan kebutuhan

2. Jika salah satu atau beberapa isolator dalam rentengan rusak, dapat dilakukan penggantian dengan

mudah dan biaya murah

Page 13: Ar Rrrrrrrr Rrrrrrrr Rrrrrrrr

3. Rentengan isolator bersifat lentur, hal ini dapat mengurangi pengaruh tarikan mekanis.

4. Jika rentengan isolator dipasang pada menara baja, pengarub petir pada penghantar akan berkurang

karena letak kawat penghantar lebih rendah daripada palang (cross arm) yang diketanahkan

5. Jika beban mekanisnya naik, misalnya karena tegangan saluran transmisi ditinggikan, dapat

dipergunakan saluran ganda atau menambah jumlah isolator dalam rentengan

Sebuah isolator piring terdiri dari sebuah pirigan porselin atau gelas yang bagian bawahnya berlekuk-lekuk

untuk memperbesar jarak rayap. Pada bagian atas piringan disemenkan sebuah tutup (cap) yang terbuat

dari besi cor yang telah digalvanisasikan, sedangkan pada rongga bagian bawah disemenkan sebuah pasak

baja yang telah digalvanisasikan.

Isolator piring dapat dibagi menjadi beberapa jenis berdasarkan cara menghubung-hubungkan tiap isolator.

Saat ini jenis isolator piring yang banyak dipergunakan adalah jenis Clevis dan jenis Ball and Socket, seperti

terlihat pada gambar 2.3.

(i) (ii)

Gambar 2.3

(i) Isolator piring jenis Clevis

(ii) Isolator piring jenis Ball and Socket

2.3 Isolator Batang Panjang (Long-rod Insulator)

Isolator batang panjang berbentuk seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.4.

Gambar 2.4

Isolator batang panjang

Isolator jenis ini terdiri atas silinder porselin dengan kerutan-kerutan dan ujung-ujungnya diperkuat dengan

dua tutup logam yang disemenkan. Diameter silinder porselin dipilih menurut kekuatan mekanis yang

dibutuhkan, kuat tariknya sekitar 130-140 kg/cm2.

Pemakaian isolator batang panjang menghemat logam jika dibandingkan dengan isolator rentengan isolator

piring, juga lebih ringan. Oleh karena isolator batang panjang mempunyai rusuk yang sederhana, maka

kotoran yang melekat pada permukaan isolator mudah dicuci oleh hujan, sehingga isolator jenis ini sesuai

untuk daerah-daerah yang berpolusi.

Kekurangan utama dari isolator panjang adalah adanya kemungkinan timbulnya kerusakan yang

menyeluruh oleh busur api atau oleh adanya pukulan mekanis dari luar. Dalam kasus seperti ini, isolator

piring tidak akan rusak seluruhnya, bahkan adanya keretakan-keretakan pada isolator tidak akan membuat

isolator jatuh berkeping-keping, rentengan isolator masih dapat menahan beban mekanis untuk jangka

waktu yang agak lama (meskipun isolator sudah rusak secara listrik).

Page 14: Ar Rrrrrrrr Rrrrrrrr Rrrrrrrr

2.4 Isolator Pos Saluran (Line Post Insulator)

Isolator jenis ini terbuat dari porselin yang bagian bawahnya diberi tutup (cap) besi cor yang disemenkan

pada porselin serta pasak baja yang disekrupkan padanya. Karena jenis ini dipakai sendiri (tidak dalam

gandengan) serta kekuatan mekanisnya rendah, maka isolator pos saluarantidak dibuat dalam ukuran yang

besar. Konstruksi isolator pos saluran terlihat pada gambar 2.5 berikut:

Gambar 2.5 Isolator pos saluran

2.5 Isolator Pos Pin (Pin Post Iinsulator)

Isolator pos pin digunakan pada daerah yang membutuhkan keandalan yang tinggi. Bentuk dari isolator

jenis pos pin ditunjukkan pada gambar 2.6

Gambar 2.6

Isolator pos pin

Beberapa kelebihan yang dimiliki oleh isolator pos pin, antara lain:

1. Bebas dari cacat, karena semen dan tangkai besi (metal flange) dipasang di sisi luar porselin, sehingga

tidak menyebabkan pemuaian.

2. Bebas dari kerusakan akibat lewat-denyar (puncture), kuat medan listrik pada isolator pos pin seragam

dan lebih rendah dibandingkan dengan isolator pasak (pin type insulator). Oleh karena badan isolatornya

tidak bocor, maka lewat-denyar yang terjadi di luar porselin meskipun terjadi tegangan impuls secara tiba-

tiba. Demikian pula pada inti isolator, terbebas dari puncture..

3. Mempunyai sifat antikontaminasi yang baik, isolator pos pin mempunyai sifat antikontaminasi yang baik

dibandingkan isolator jenis lain, karena:

· mempunyai jarak rayap (creepage distance) yang terlindungi besar hingga 50% dari total jarak rayap.

· mempunyai bentuk profil yang baik, karena mampu meneteskan kontaminan dari tubuhnya

· memepunyai jarak celah udara (air gap) yang besar antara bagian dalam sirip dengan permukaan isolator,

sehingga dapat menghindari terjadinya jembatan air yang terkontaminasi.

4. Tahan terhahap busur api, arus berupa busur api yang mengalir akibat

lewat denyar akibat polusi dapat menyebabkan kerusakan pada permukaan

isolator. Isolator pos pin bersifat mampu menahan busur api hingga circuit

breaker memutus aliran daya

3 Karakteristik Isolator

3.1 Karakteristik Elektrik

Page 15: Ar Rrrrrrrr Rrrrrrrr Rrrrrrrr

Isolator terdiri dari bahan isolasi yang diapit oleh elektroda-elektroda. Dengan demikian, maka isolator terdiri

dari sejumlah kapasitansi. Karena kapasitansi ini, maka distribusi tegangan pada sebuah rentengan isolator

menjadi tidak seragam. Potensial pada ujung yang terkena tegangan (ujung yang memegang kawat

penghantar) adalah paling besar.

Karakteristik elektrik suatu isolator dinilai dari tegangan lewat-denyar yang terdiri dari tegangan-tegangan

lewat-denyar frekuensi rendah, impuls dan tembus merusak (puncture).

· Tegangan lewat-denyar frekuensi rendah kering (dry power frequency flashover voltage) adalah tegangan

lewat-denyar yang terjadi bila tegangan diterapkan di antara kedua elektroda isolator yang bersih dan kering

permukaannya, nilainya konstan serta merupakan nilai dasar dari karakteristik isolator.

· Tegangan lewat-denyar frekuensi rendah basah (wet power frequency flashover voltage) adalah tegangan

lewat-denyar yang terjadi bila tegangan diterapkan di antara dua elektroda isolator yang basah karena hujan

atau sengaja dibasahi.

· Tegangan lewat-denyar impuls (impuls flashover voltage) adalah tegangan lewat-denyar yang terjadi bila

tegangan impuls dengan gelombang standar diterapkan. Menurut standar IEC besarnya gelombang impuls

standar adalah 1,2 x 50ms. Karakteristik impuls terbagi atas polaritas positif dan negatif. Biasanya,

tegangan dengan polaritas positif yang dipakai (memberikan nilai lewat-denyar lebih rendah). Untuk

polaritas positif, tegangan lewat-denyar badah dan kering sama.

· Tegangan tembus (puncture) merupakan tembus yang menyebabkan perusakan bahan isolasinya.

Sedangkan perusakan bagian isolator yang disebabkan oleh pemanasan lebih tidak dikategorikan sebagai

puncture.

3.2 Karakteristik Mekanis

Isolator harus memiliki kekuatan mekanis guna memikul beban mekanis penghantar yang diisolasikannya.

Bahan isolasi, sebagai bagian utama sebuah isolator, mempunyai sifat sebagai besi cor, dengan kuat tekan

(compressive strength) yang besar dan kuat tarik (tensile strength) yang lebih kecil, Untuk porselin, kuat

400-900 kg/cm2, sedangkan kuat tekannya 10 kali lebih besar.

Gaya tarik terhadap isolator yang telah dipasang relatif besar, sehingga kekuatan bahan isolasi dan gaian-

bagian yang disemenkan padanya harus dibuat lebih besar dari kekuatan bagian-bagian logamnya.

4 Kegagalan Isolator

Secara garis besar isolator tegangan tinggi mempunyai dua fungsi, yaitu fungsi mekanik dan elektrik.

Secara mekanik, isolator berfungsi untuk mendukung atau menahan konduktor pada tegangan tinggi,

sedangkan secara elektrik isolator berfungsi sebagai pemisah, yaitu untuk mencegah mengalirnya arus dari

penghantar ke tanah atau ke menara penopang saluran udara. Pada saluran transimisi atau distribusi

kegagalan isolasi dapat disebabkan oleh hal-hal sebagai berikut:

· Isolator pecah, disebabkan pemuaian yang tidak merata dan konstraksi yang terjadi di dalam semen, baja,

dan bahan porselin. Kegagalan ini juga bisa disebabkan pergantian musim yang mencolok dan pemanasan

lebih.

Page 16: Ar Rrrrrrrr Rrrrrrrr Rrrrrrrr

· Bahan isolasi berlubang-lubang. Lubang terjadi karena bahan porselin diproses pada suhu rendah hingga

mudah menyerap air. Kejadian ini menurunkan kekuatan isolasi dan arus merembes melalui isolator.

· Ketidakmurnian bahan isolasi. Di tempat yang mengalami ketidakmurnian bahan isolasi pun akan terjadi

kebocoran.

· Bahan tidak dapat mengkilap, sehingga air akan tetap tinggal padanya, lalu menyebabkan penimbunan

debu dan kotoran membentuk lapisan yang bersifat menghantar dan memperpendek jarak rayap (creepage-

distance).

· Tekanan secara mekanis, misalnya karena penumpukkan isolator. Jika bahannya kurang kuat dapat

menyebabkan isolator pecah.

· Tembus dan lewat-denyar (flashover). Lewat-denyar, yaitu pelepasan muatan destruktif (bersifat merusak)

yang melintasi pada seluruh bagian permukaan isolator. Pelepasan muatan ini disebabkan pembebanan

medan listrik pada permukaan isolator melebihi harga ketahanan elektriknya. Lewat-denyar menimbulkan

pemanasan dan ini dapat merusak isolator. Penyebabnya: pengotoran permukaan isolator, surja hubung

dan surja petir. Sedangkan tembus (puncture) adalah pelepasan muatan disruptif pada bagian isolasi

isolator, khusus terjadi pada isolasi padat saja.

5 Parameter Isolator

Parameter isolator merupakan parameter-parameter yang terdapat pada isolator itu sendiri yang

mempengaruhi sifat kerjanya, apabila dipasang pada daerah yang berpolusi.

Dalam kondisi berpolusi, nilai tahanan permukaan sangat dipengaruhi oleh resistivitas timbunan kotoran

yang menempel pada permukaan isolator, sehingga untuk menjaga agar nilai tahanan permukaan tetap

tinggi dengan memperpanjang jarak rayap tidak cukup. Bangunan isolator akan mempengaruhi laju

penimbunan kotoran, kapasitas penyimpanan air pada permukaan dan mempengaruhi laju pencucian

sendiri oleh hujan.

IEC Publikasi 36 memberikan saran untuk mempertimbangkan parameter-

parameter dalam pemakaian isolator di daerah polusi, sebagai berikut:

· Faktor bentuk (Form Factor – FF)

· Faktor profil

· Perbandingan jarak dua shed berurutan dengan panjang shed bergantung (the ratio of shed interval to

shed overhang), dan

· Sudut kemiringan shed.

Beberapa peneliti menambahkan sifat kerja isolator yang akan dipasang pada daerah berpolusi, yaitu

panjang jarak rayap isolator (creepage distance), diameter isolator dan konfigurasi rentengan isolator.

Pengertian parameter-parameter isolator tersebut dapat diterangkan dengan menggunakan gambar 2.7.

Page 17: Ar Rrrrrrrr Rrrrrrrr Rrrrrrrr

p1+p2+s

= jarak bocor terpendek

ld1 + ld2

= l (panjang jarak rayap)

Gambar 2.7 Parameter pada isolator gantung jenis cap and pim

5.1 Faktor bentuk

Faktor bentuk isolator dapat ditentukan dengan rumus berikut:

……………………………………………….(2.1)

di mana:

FF

: faktor bentuk

L

: panjang jarak rayap diukur dari salah satu elektroda

D(l)

: diameter isolator pada jarak rayap sama dengan l

Pada prakteknya, besarnya faktor bentuk isolator ditentukan dengan cara grafis.

5.2 Faktor profil

Faktor profil merupakan perbandingan antara jarak bocor terpendek dengan panjang jarak rayap yang

diukur di antara dua titik yang dipisahkan oleh jarak. Dari gambar 2.7 besar faktor profil dapat dinyatakan

oleh persamaan berikut:

………………………………………………………(2.2)

5.3 Perbandingan jarak dua shed berurutan dengan panjang shed bergantung

(The ratio of shed interval to shed overhang)

Pada gambar 2.7 perbandingan jarak dua shed berurutan dengan panjang shed bergantung adalah

s/p1…………………………………………………………………….(2.3)

5.4 Sudut kemiringan shed

Page 18: Ar Rrrrrrrr Rrrrrrrr Rrrrrrrr

Pada gambar 2.7 sudut kemiringan shed ditunjukkan oleh sudut yang diberi tanda a.

5.5 Panjang jarak rayap isolator

Panjang jarak rayap isolator adalah panjang jarak yang diukur dari salah satu elektroda menyusuri bentuk

permukaan isolator hingga elektroda yang lain. Dengan demikian jarak rayap yang besar mempunyai

tahanan permukaan yang tinggi. Dari gambar 2.7 panjang jarak rayapnya adalah:

l = ld1 + ld2……………………………………………………………..(2.4)

5.6 Diameter isolator

Untuk menyelidiki pengaruh diamater isolator terhadap sifat kerja isolator yang terkena polusi, I. Kimoto

melakukan percobaan pada sejumlah isolator dari berbagai tipe. Kimoto juga melakukan percobaan untuk

mengetahui hubungan antara jumlah isolator dalam suatu rentengan isolator dengan besarnya tegangan

ketahanan. I. Kimoto menyimpulkan bahwa untuk rentegan vertikal, efek pencucian oleh hujan lebih efektif

pada isolator dengan diameter lebih kecil. Sedangkan untuk konfigurasi rentengan horisontal, efek

pencucian oleh hujan hampir tidak terpengaruh oleh ukuran diameter dan kedalaman ketiak isolator.

5.5 Konfigurasi rentengan isolator

Rentengan isolator dapat disusun dalam konfigurasi yang umum, yaitu konfigurasi rentengan vertikal

(suspension string), konfigurasi rentengan horisontal (tension string) dan konfigurasi rentengan miring/Vee

(Vee string).

Konfigurasi rentengan isolator ternyata mempengaruhi sifat kerja isolator yang dipasang di daerah

berpolusi. Hal ini didasarkan pada pengalaman pada suatu sistem hantaran udara 500 kV, polusi telah

menyebabkan terjadinya lewat-denyar lebih dari 75 kali untuk konfigurasi rentengan vertikal, sedangkan

untuk konfigurasi rentengan Vee dan horisontal tidak terjadi lewat-denyar. Kejadian ini juga terjadi pada

sistem hantaran udara 135 dan 220 kV di lembah Latrobe, Australia, pada saluran-saluran tersebut telah

terjadi 25 kali lewat-denyar dalam selang waktu tiga bulan. Semuanya terjadi pada konfigurasi rentengan

vertikal.

I. Kimoto melakukan pengukuran dalam waktu yang lama, yaitu dengan jalan memasang isolator di udara

terbuka dalam waktu yang lama, dengan hasil sebagai berikut:

· Rentengan horisontal menghasilkan kepadatan timbunan garam yang lebih kecil daripada rentengan

vertikal. Hasil pengukuran menunjukkan bahwa kepadatan timbunan garam pada rentengan horisontal 6

50% dari kepadatan timbunan garam pada rentengan vertikal.

· Kepadatan rentengan Vee 6 80% dari kepadatan timbunan garam rentengan vertikal.

Kawat PENGHANTAR

Page 19: Ar Rrrrrrrr Rrrrrrrr Rrrrrrrr

Hukum Ohm dan Hambatan Listrik pada Kawat Penghantar

Oleh : Budiyanto | No Comments

Hukum Ohm dan Hambatan Listrik pada Kawat Penghantar- Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa arus listrik mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah. Dengan kata lain, arus listrik mengalir karena adanya beda potensial. Hubungan antara beda potensial dan arus listrik kali pertama diselidiki oleh George Simon Ohm (1787–1854). Beda potensial listrik disebut juga tegangan listrik. Dari penelitian dapat disimpulkan bahwa arus listrik sebanding dengan beda potensial. Semakin besar beda potensial listrik yang diberikan, semakin besar arus listrik yang dihasilkan. Demikian juga sebaliknya, semakin kecil beda potensial yang diberikan, semakin kecil arus listrik yang dihasilkan. Ohm mendefinisikan bahwa hasil perbandingan antara beda potensial/tegangan listrik dan arus listrik disebut hambatan listrik. Secara matematis ditulis sebagai berikut.

R = V / I

dengan: R = hambatan listrik (ohm;Ω ),

V = tegangan atau beda potensial listrik (volt; V), dan

I = kuat arus listrik (ampere; A).

sering juga ditulis dalam bentuk

V = IR …….. (8–4)

dan dikenal sebagi hukum Ohm. Atas jasa-jasanya, nama ohm kemudian dijadikan sebagai satuan hambatan, disimbolkan Ω .

 Gambar 5.5 Grafik kuat arus listrik I sebagai fungsi beda potensial V

Gambar 5.5 di samping menunjukkan tentang grafik kuat arus I sebagai fungsi beda potensial V. Pada Gambar 5.5 jika suatu bahan penghantar menghasilkan

Page 20: Ar Rrrrrrrr Rrrrrrrr Rrrrrrrr

grafik kuat arus I sebagai fungsi, beda potensial V nya tidak membentuk garis lurus, penghantarnya disebut komponen non-ohmik. Untuk bahan penghantar yang menghasilkan grafik kuat arus I sebagai fungsi, beda potensial V-nya membentuk garis lurus, penghantarnya disebut komponen ohmik.

Hambatan Listrik Konduktor

Pernahkah Anda memperhatikan laju kendaraan di jalan raya? Di jalan seperti apa sebuah mobil dapat melaju dengan cepat? Ada beberapa faktor yang memengaruhinya, di antaranya lebar jalan, jenis permukaan jalan, panjang jalan dan kondisi jalan. Jalan dengan kondisi sempit dan berbatu akan mengakibatkan laju mobil menjadi terhambat. Sebaliknya, jalan yang lebar dan beraspal mulus dapat mengakibatkan laju mobil mudah dipercepat. Demikian pula, panjang jalan akan memengaruhi seberapa cepat mobil dapat melaju. Ketika mobil dapat melaju dengan cepat, dapat dikatakan bahwa hambatan jalannya kecil dan sebaliknya, ketika laju mobil menjadi lambat karena faktor jalan, dapat dikatakan bahwa hambatan jalannya besar. Kuat arus listrik dapat dianalogikan dengan laju mobil di atas. Kuat arus listrik akan kecil ketika melalui konduktor yang luas penampangnya kecil, hambatan jenisnya besar, dan panjang. Sebaliknya, kuat arus listrik akan besar ketika melewati konduktor yang luas penampangnya kecil, hambatan jenisnya besar, dan pendek. Ketika kuat arus listrik kecil, berarti hambatan konduktornya besar dan sebaliknya, ketika kuat arusnya besar, berarti hambatan konduktornya kecil. Bukti percobaan menunjukkan bahwa luas penampang, hambatan jenis, dan panjang konduktor merupakan faktor-faktor yang menentukan besar kecilnya hambatan konduktor itu sendiri. Secara matematis, hambatan listrik sebuah konduktor dapat ditulis sebagai berikut.

R = ρl/A

dengan:R = hambatan listrik konduktor (Ω ),

ρ = hambatan jenis konduktor (m),

l = panjang konduktor (m), dan

A = luas penampang konduktor (m2).

Suatu kawat penghantar memiliki hambatan listrik R yang sering disebut juga resistensi. Jika penampang konduktor berupa lingkaran dengan jari-jari r atau diameter d, luas penampangnya memenuhi persamaan A = ¼ πd2 sehingga Persamaan diatas dapat juga ditulis

R = (4ρl) / (πd2)

Persamaan ini menunjukkan bahwa hambatan listrik konduktor sebanding dengan panjang konduktor dan berbanding terbalik dengan luas penampang atau kuadrat jari-jari (diameter) konduktor. Hal ini menunjukkan bahwa semakin panjang konduktornya, semakin besar hambatan listriknya. Di lain pihak, semakin besar luas penampangnya atau semakin besar jari-jari penampangnya, hambatan listrik konduktor semakin kecil. Selain

Page 21: Ar Rrrrrrrr Rrrrrrrr Rrrrrrrr

itu, Persamaan ini juga menunjukkan bahwa hambatan listrik konduktor bergantung pada hambatan jenis konduktor. Semakin besar hambatan jenis konduktor, semakin besar hambatannya. Konduktor yang paling baik adalah konduktor yang hambatan jenisnya paling kecil. Di lain pihak, bahan yang hambatan jenisnya paling besar merupakan isolator paling baik.

Hambatan jenis konduktor bergantung pada suhunya. Semakin tinggi suhunya, semakin tinggi hambatan jenis konduktor dan semakin tinggi pula hambatan konduktor tersebut. Pengaruh suhu terhadap hambatan konduktor dapat dituliskan dalam persamaan berikut.

R=Ro (1+αΔt) …. (8–7)

dengan: R = hambatan konduktor pada suhu t oC,

R0 = hambatan konduktor pada suhu t0 oC,

α = koefisien suhu hambatan jenis (/oC), dan

Δt = t - t0 = selisih suhu (oC).

Contoh soal

1. Sebuah bola lampu dengan hambatan dalam 20 Ω diberi tegangan listrik 6 V.

(a) Tentukan arus yang mengalir melalui lampu tersebut. (b) Jika tegangannya dijadikan 12 V, berapakah arus yang melalui lampu tersebut sekarang?

Jawab

Diketahui: R = 20 Ω.

a. ketika V = 6 V, arus pada lampu

I = V / R = 6V/20Ω = 0,3 A

b. ketika V = 12 V, arus pada lampu

I = V / R = 12 V / 20Ω = 0,6 A

Contoh ini menunjukkan bahwa, untuk hambatan tetap, ketika tegangan dijadikan dua kali semula (12 V = 2 kali 6 V), arus listrik yang mengalir menjadi dua kali semula (0,6 A = 2 kali 0,3 A).

2. Sebuah kawat yang panjangnya 2 m dan luas penampangnya 5 cm2 memiliki hambatan 100Ω. Jika kawat tersebut memiliki panjang 4 m dan luas penampang 1,25 cm2, berapakah hambatannya?

Jawab

Page 22: Ar Rrrrrrrr Rrrrrrrr Rrrrrrrr

Diketahui: l1 = 2 m, A1 = 5 cm2, R1 = 100 Ω, l2 = 4 m, dan A2 = 1,25 cm2.

Soal ini lebih mudah diselesaikan dengan menggunakan metoda perbandingan. Dari persamaan R = ρl/A diperoleh:

R1/R2 = (l2.A2) / (l1.A1)

R2= (4m x 1,25 cm2)x100 / (2m x 5cm2) = 50Ω

Jadi, hambatannya adalah 50 Ω.

3. Sebuah termometer hambatan terbuat dari platina (α = 3,92 × 10-3/C°). Pada suhu 20°C, hambatannya 50 Ω. Sewaktu dicelupkan ke dalam bejana berisi logam indium yang sedang melebur, hambatan termometer naik menjadi 76,8 Ω. Tentukan titik lebur indium tersebut.

Jawab

Diketahui: α = 3,92 × 10-3/C°, to = 20°C, Ro = 50 Ω, dan R = 76,8 Ω .

R = R0 (1 +α Δt ) = R0 + R0 α Δt → R – R0 = R0 α Δt

sehingga diperoleh

Δt = (R – Ro) / (Roα) = (76,8 – 50)Ω / (50Ω )(3,920×10-3 /oC)= 136,7 oC

Jadi, karena suhu awalnya 20°C, titik lebur indium adalah 136,7°C + 20°C = 156,7°C.

4. Suatu kawat penghantar dengan hambatan total sebesar 10 Ω. Kawat tersebut membawa arus sebesar 50 mA. Hitunglah perbedaan potensial antara kedua ujung kawat tersebut.

Penyelesaian:

Beda potensial antara kedua ujung kawat tersebut dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (5.4) yaitu:

V = R I = (10 Ω) (50 mA) = (10 Ω) (0,05 A) = 0,5 V

5. Suatu kawat nikrom (resistivitas 10-6 Ω.m) memiliki jari-jari 1,20 mm. Berapakah panjang kawat yang dibutuhkan untuk memperoleh resistansi 4,0 Ω?

Penyelesaian:

Luas penampang kawat ini adalah:

A = πr2

= (3,14) (12 x 10-4m)2

Page 23: Ar Rrrrrrrr Rrrrrrrr Rrrrrrrr

= 4,5 x 10-6 m2

Dari persamaan kita dapatkan:

L = (RA)/ρ = (4Ω)(4,5×10-6m2) / 10-6Ω = 18 m

Hambatan Kawat Penghantar dan Rangkaian Hambatan

Hambatan Kawat Penghantar

besar hambatan suatu kawat penghantar 1. Sebanding dengan panjang kawat penghantar.

artinya makin panjang penghantar, makin besar hambatannya, 2. Bergantung pada jenis

bahan kawat (sebanding dengan hambatan jenis kawat), dan 3. berbanding terbalik dengan

luas penampang kawat, artinya makin kecil luas penampang, makin besar hambatannya. Jika

panjang kawat dilambangkan ℓ, hambatan jenis ρ, dan luas penampang kawat A. Secara

matematis, besar hambatan kawat dapat ditulis :

Nilai hambatan suatu penghantar tidak bergantung pada beda potensialnya. Beda potensial

hanya dapat mengubah kuat arus yang melalui penghantar itu. Jika penghantar yang dilalui

sangat panjang, kuat arusnya akan berkurang. Hal itu terjadi karena diperlukan energi yang

sangat besar untuk mengalirkan arus listrik pada penghantar panjang. Keadaan seperti itu

dikatakan tegangan listrik turun. Makin panjang penghantar, makin besar pula penurunan

tegangan listrik.

Seperti telah kita ketahui, bahwa untuk pelaksanaan penyaluran energi listrik dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu berupa saluran udara dan kabel tanah. Pada saluran Udara, terutama hantaran udara telanjang biasanya banyak menggunakan kawat penghantar yang terdiri atas: kawat tembaga telanjang (BCC, singkatan dari Bare Cooper Cable), Aluminium telanjang (AAC, singkatan dari All Aluminium Cable),

Page 24: Ar Rrrrrrrr Rrrrrrrr Rrrrrrrr

Campuran yang berbasis aluminium (Al-Mg-Si), Aluminium berinti baja (ACSR, singkatan dari Aluminium Cable Steel Reinforced) dan Kawat baja yang berisi lapisan tembaga (Cooper Weld).

Sedangkan pada saluran kabel tanah, biasanya banyak menggunakan kabel dengan penghantar jenis tembaga dan aluminium, perkembangan yang sangat dominan pada saluran kabel tanah adalah dari sisi bahan isolasinya, dimana pada saat awalbanyak menggunakan isolasi berbahan kertas dengan perlindungan mekanikal berupa timah hitam, kemudian menggunakan minyak ( jenis kabel ini dinamakan GPLK atau Gewapend Papier Lood Kabel yang merupakan standar belanda dan NKBA atau Normal Kabel mit Bleimantel Aussenumheullung yang merupakan standar jerman, dan jenis bahan isolasi yang terkini adalah isolasi buatan berupa PVC (Polyvinyl Chloride) dan XLPE (Cross-Linked Polyethylene). Jenis bahan isolasi PVC dan XLPE pada saat ini telah berkembang pesat dan merupakan bahan isolasi yang andal.

Di waktu yang lalu, bahan yang banyak digunakan untuk saluran listrik adalah jenis tembaga (Cu). Namun karena harga tembaga yang tinggi dan tidak stabil bahkan cenderung naik, aluminium mulai dilirik dan dimanfaatkan sebagai bahan kawat saluran listrik, baik saluran udara maupun saluran kabel tanah. Lagipula, kawat tembaga sering dicuri karena bahannya dapat dimanfaatkan untuk pembuatan berbagai produk lain.

Suatu ikhtisar akan disampaikan dibawah ini mengenai berbagai jenis logam atau campurannya yang dipakai untuk kawat saluran listrik, yaitu: 

• Tembaga elektrolitik, yang harus memenuhi beberapa syarat normalisasi, baik mengenai daya hantar listrik maupun mengenai sifat-sifat mekanikal.

• Brons, yang memiliki kekuatan mekanikal yang lebih besar, namun memiliki daya hantar listrik yang rendah. Sering dipakai untuk kawat pentanahan.

• Aluminium, yang memiliki kelebihan karena materialnya ringan sekali. Kekurangannya adalah daya hantar listrik agak rendah dan kawatnya sedikit kaku. Harganya sangat kompetitif. Karenanya merupakan saingan berat bagi tembaga, dan dapat dikatakan bahwa secara praktis kini mulai lebih banyak digunakan untuk instalasi-instalasi listrik arus kuat yang baru dari pada menggunakan tembaga.

• Aluminium berinti baja, yang biasanya dikenal sebagai ACSR (Aluminium Cable Steel Reinforced), suatu kabel penghantar aluminium yang dilengkapi dengan unit kawat baja pada inti kabelnya. Kawat baja itu diperlukan guna meningkatkan kekuatan tarik kabel. ACSR ini banyak digunakan untuk kawat saluran hantar udara.

• Aldrey, jenis kawat campuran antara aluminium dengan silicium (konsentrasinya sekitar 0,4 % – 0,7 %), Magnesium (konsentrasinya antara 0,3 % - 0,35 %) dan ferum (konsentrasinya antara 0,2 % - 0,3 %). Kawat ini memiliki kekuatan mekanikal yang sangat besar, namun daya hantar listriknya agak rendah.

• Cooper-weld, suatu kawat baja yang disekelilingnya diberi lapisan tembaga.

• Baja, bahan yang paling banyak digunakan sebagai kawat petir dan juga sebagai kawat pentanahan.

Berdasarkan ikhtisar diatas, dapat dikatakan bahwa bahan yang terpenting untuk saluran penghantar listrik adalah tembaga dan aluminium, sehingga kedua bahan tersebut banyak digunakan sebagai kawat pengantar listrik, baik saluran hantar udara maupun kabel tanah.

Untuk pembahasan lebih detail mengenai bahan penghantar listrik, dapat dibaca pada artikel berikut:

“Ilmu Bahan Listrik Dasar” , "Konduktor" dan “Electrical Power Cable Engineering”

atau kunjungi label artikel: "Ilmu Bahan Listrik"

Semoga bermanfaat, Sumber: “Distribusi dan Utilisasi Tenaga Listrik” – Abdul Kadir.

Page 25: Ar Rrrrrrrr Rrrrrrrr Rrrrrrrr

Hukum Ohm dan Hambatan Listrik pada Kawat Penghantar

Oleh : Budiyanto | No Comments

Hukum Ohm dan Hambatan Listrik pada Kawat Penghantar- Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa arus listrik mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah. Dengan kata lain, arus listrik mengalir karena adanya beda potensial. Hubungan antara beda potensial dan arus listrik kali pertama diselidiki oleh George Simon Ohm (1787–1854). Beda potensial listrik disebut juga tegangan listrik. Dari penelitian dapat disimpulkan bahwa arus listrik sebanding dengan beda potensial. Semakin besar beda potensial listrik yang diberikan, semakin besar arus listrik yang dihasilkan. Demikian juga sebaliknya, semakin kecil beda potensial yang diberikan, semakin kecil arus listrik yang dihasilkan. Ohm mendefinisikan bahwa hasil perbandingan antara beda potensial/tegangan listrik dan arus listrik disebut hambatan listrik. Secara matematis ditulis sebagai berikut.

R = V / I

dengan: R = hambatan listrik (ohm;Ω ),

V = tegangan atau beda potensial listrik (volt; V), dan

I = kuat arus listrik (ampere; A).

sering juga ditulis dalam bentuk

Page 26: Ar Rrrrrrrr Rrrrrrrr Rrrrrrrr

V = IR …….. (8–4)

dan dikenal sebagi hukum Ohm. Atas jasa-jasanya, nama ohm kemudian dijadikan sebagai satuan hambatan, disimbolkan Ω .

 Gambar 5.5 Grafik kuat arus listrik I sebagai fungsi beda potensial V

Gambar 5.5 di samping menunjukkan tentang grafik kuat arus I sebagai fungsi beda potensial V. Pada Gambar 5.5 jika suatu bahan penghantar menghasilkan grafik kuat arus I sebagai fungsi, beda potensial V nya tidak membentuk garis lurus, penghantarnya disebut komponen non-ohmik. Untuk bahan penghantar yang menghasilkan grafik kuat arus I sebagai fungsi, beda potensial V-nya membentuk garis lurus, penghantarnya disebut komponen ohmik.

Hambatan Listrik Konduktor

Pernahkah Anda memperhatikan laju kendaraan di jalan raya? Di jalan seperti apa sebuah mobil dapat melaju dengan cepat? Ada beberapa faktor yang memengaruhinya, di antaranya lebar jalan, jenis permukaan jalan, panjang jalan dan kondisi jalan. Jalan dengan kondisi sempit dan berbatu akan mengakibatkan laju mobil menjadi terhambat. Sebaliknya, jalan yang lebar dan beraspal mulus dapat mengakibatkan laju mobil mudah dipercepat. Demikian pula, panjang jalan akan memengaruhi seberapa cepat mobil dapat melaju. Ketika mobil dapat melaju dengan cepat, dapat dikatakan bahwa hambatan jalannya kecil dan sebaliknya, ketika laju mobil menjadi lambat karena faktor jalan, dapat dikatakan bahwa hambatan jalannya besar. Kuat arus listrik dapat dianalogikan dengan laju mobil di atas. Kuat arus listrik akan kecil ketika melalui konduktor yang luas penampangnya kecil, hambatan jenisnya besar, dan panjang. Sebaliknya, kuat arus listrik akan besar ketika melewati konduktor yang luas penampangnya kecil, hambatan jenisnya besar, dan pendek. Ketika kuat arus listrik kecil, berarti hambatan konduktornya besar dan sebaliknya, ketika kuat arusnya besar, berarti hambatan konduktornya kecil. Bukti percobaan menunjukkan bahwa luas penampang, hambatan jenis, dan panjang konduktor merupakan faktor-faktor yang menentukan besar kecilnya hambatan konduktor itu sendiri. Secara matematis, hambatan listrik sebuah konduktor dapat ditulis sebagai berikut.

R = ρl/A

dengan:R = hambatan listrik konduktor (Ω ),

ρ = hambatan jenis konduktor (m),

Page 27: Ar Rrrrrrrr Rrrrrrrr Rrrrrrrr

l = panjang konduktor (m), dan

A = luas penampang konduktor (m2).

Suatu kawat penghantar memiliki hambatan listrik R yang sering disebut juga resistensi. Jika penampang konduktor berupa lingkaran dengan jari-jari r atau diameter d, luas penampangnya memenuhi persamaan A = ¼ πd2 sehingga Persamaan diatas dapat juga ditulis

R = (4ρl) / (πd2)

Persamaan ini menunjukkan bahwa hambatan listrik konduktor sebanding dengan panjang konduktor dan berbanding terbalik dengan luas penampang atau kuadrat jari-jari (diameter) konduktor. Hal ini menunjukkan bahwa semakin panjang konduktornya, semakin besar hambatan listriknya. Di lain pihak, semakin besar luas penampangnya atau semakin besar jari-jari penampangnya, hambatan listrik konduktor semakin kecil. Selain itu, Persamaan ini juga menunjukkan bahwa hambatan listrik konduktor bergantung pada hambatan jenis konduktor. Semakin besar hambatan jenis konduktor, semakin besar hambatannya. Konduktor yang paling baik adalah konduktor yang hambatan jenisnya paling kecil. Di lain pihak, bahan yang hambatan jenisnya paling besar merupakan isolator paling baik.

Hambatan jenis konduktor bergantung pada suhunya. Semakin tinggi suhunya, semakin tinggi hambatan jenis konduktor dan semakin tinggi pula hambatan konduktor tersebut. Pengaruh suhu terhadap hambatan konduktor dapat dituliskan dalam persamaan berikut.

R=Ro (1+αΔt) …. (8–7)

dengan: R = hambatan konduktor pada suhu t oC,

R0 = hambatan konduktor pada suhu t0 oC,

α = koefisien suhu hambatan jenis (/oC), dan

Δt = t - t0 = selisih suhu (oC).

Contoh soal

1. Sebuah bola lampu dengan hambatan dalam 20 Ω diberi tegangan listrik 6 V.

(a) Tentukan arus yang mengalir melalui lampu tersebut. (b) Jika tegangannya dijadikan 12 V, berapakah arus yang melalui lampu tersebut sekarang?

Jawab

Diketahui: R = 20 Ω.

a. ketika V = 6 V, arus pada lampu

Page 28: Ar Rrrrrrrr Rrrrrrrr Rrrrrrrr

I = V / R = 6V/20Ω = 0,3 A

b. ketika V = 12 V, arus pada lampu

I = V / R = 12 V / 20Ω = 0,6 A

Contoh ini menunjukkan bahwa, untuk hambatan tetap, ketika tegangan dijadikan dua kali semula (12 V = 2 kali 6 V), arus listrik yang mengalir menjadi dua kali semula (0,6 A = 2 kali 0,3 A).

2. Sebuah kawat yang panjangnya 2 m dan luas penampangnya 5 cm2 memiliki hambatan 100Ω. Jika kawat tersebut memiliki panjang 4 m dan luas penampang 1,25 cm2, berapakah hambatannya?

Jawab

Diketahui: l1 = 2 m, A1 = 5 cm2, R1 = 100 Ω, l2 = 4 m, dan A2 = 1,25 cm2.

Soal ini lebih mudah diselesaikan dengan menggunakan metoda perbandingan. Dari persamaan R = ρl/A diperoleh:

R1/R2 = (l2.A2) / (l1.A1)

R2= (4m x 1,25 cm2)x100 / (2m x 5cm2) = 50Ω

Jadi, hambatannya adalah 50 Ω.

3. Sebuah termometer hambatan terbuat dari platina (α = 3,92 × 10-3/C°). Pada suhu 20°C, hambatannya 50 Ω. Sewaktu dicelupkan ke dalam bejana berisi logam indium yang sedang melebur, hambatan termometer naik menjadi 76,8 Ω. Tentukan titik lebur indium tersebut.

Jawab

Diketahui: α = 3,92 × 10-3/C°, to = 20°C, Ro = 50 Ω, dan R = 76,8 Ω .

R = R0 (1 +α Δt ) = R0 + R0 α Δt → R – R0 = R0 α Δt

sehingga diperoleh

Δt = (R – Ro) / (Roα) = (76,8 – 50)Ω / (50Ω )(3,920×10-3 /oC)= 136,7 oC

Jadi, karena suhu awalnya 20°C, titik lebur indium adalah 136,7°C + 20°C = 156,7°C.

4. Suatu kawat penghantar dengan hambatan total sebesar 10 Ω. Kawat tersebut membawa arus sebesar 50 mA. Hitunglah perbedaan potensial antara kedua ujung kawat tersebut.

Penyelesaian:

Page 29: Ar Rrrrrrrr Rrrrrrrr Rrrrrrrr

Beda potensial antara kedua ujung kawat tersebut dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (5.4) yaitu:

V = R I = (10 Ω) (50 mA) = (10 Ω) (0,05 A) = 0,5 V

5. Suatu kawat nikrom (resistivitas 10-6 Ω.m) memiliki jari-jari 1,20 mm. Berapakah panjang kawat yang dibutuhkan untuk memperoleh resistansi 4,0 Ω?

Penyelesaian:

Luas penampang kawat ini adalah:

A = πr2

= (3,14) (12 x 10-4m)2

= 4,5 x 10-6 m2

Dari persamaan kita dapatkan:

L = (RA)/ρ = (4Ω)(4,5×10-6m2) / 10-6Ω = 18 m