Konduktor Bahan Listrik19.22.00  Bahan Bahan Listrik, Mata Kuliah  Belum ada komentar

  Konduktor (penghantar) : suatu bahan yang dapatmenghantarkan arus listrik.Sifat terpenting konduktor:

-         sifat daya hantar listrik (electrical conductivity) yangtinggi, atau

-         tahanan jenis (resistivity) yang rendahKonduktivitas maupun resistivitas besarnya tergantungpada struktur internal dari bahan penghantar tersebut.Sifat-sifat lain yang harus dimiliki oleh konduktor :

-         daya hantar panas (thermal conductivity) atau sifat-sifattermis dan sifat-sifat mekanis lain seperti kekuatantarik/tekan atau kemampuannya dalam menahan tegangantarik dan sebagainya.

     Tabel 1.  Tahanan jenis beberapa bahan listrik

Nama bahan Tahanan jenispada 0oC

( Ω mm2/m)

Tahanan jenis pada20o C

( Ω mm2/m)

Aluminium               0,026

0,0287

Tembaga Lunak 0,01589 0,01742

Tembaga Keras               0,016

0,0177

Emas               0,0222

0,0236

Besi Murni               0,0885

0,0995

Perak                0,0151

0,01629

Timah                0,105

0,115

I.  Pengaruh perubahan temperatur terhadap nilai tahanan (resistansi).a. Bahan Murni

dimana:Rt2      = tahanan dari bahan pada temperatur t2 (Ω)           Rt1      = tahanan dari bahan pada temperatur t1 (Ω)t1         = temperatur permulaan yang rendah (oC)t2         = temperatur yang lebih tinggi (oC)α       = koefisien suhu tahanan pada masa konstan (Ω/oC)

Untuk perhitungan yang lebih teliti, harga α, bisadigunakan persamaan berikut :

                             dimana:α    = koefisien suhu tahanan pada temperatur standar 20o C

α1   = koefisien suhu tahanan pada temperatur to C

Gambar 1. Pertambahan harga tahanan listrik sebagaifungsi dari temperatur

b. Bahan campuranPertambahan harga/nilai tahanan listrik pada bahan

campuran apabila suhu dinaikkan adalah relatif kecildan tidak teratur. Contohnya padabahan Eureka (konstantan), yaitu campuran 60% Cu dan40% Ni), karena pertambahan nilai resistansi yangkecil, maka α sering diabaikan.

II.  Efek Kulit (Skin Effect)Skin Effect adalah gejala ketidaksama-rataan arus yang

mengalir dalam suatu pengantar yang dialiri arus bolak-balik. Hal ini disebabkan karena adanya frekuensi padaarus yang mengalir tersebut.

Gambar 2. Kerapatan arus pada suatu penghantar dialiriarus AC

Arus bolak-balik (AC) yang mengalir pada penghantar,akan menimbulkan fluksi (ф).Fluksi ini akan menimbulkan induktansi diri (selfinductance) dan akan membangkitkan tegangan :

          dan      Didapat :ф1< ф2 dan L1>L2, dari sini didapat hubungan; i akansebanding dengan фsehingga : i1<i2   dan    ф1< ф2.Menurut Maxwell dan Rayleight, perbandingan antaratahanan skin effect (Rs) terhadap tahanan arus searah (R)adalah :

Sedangkan perbandingan antara reaktansi skin effect (As)terhadap reaktansi arus searah (A)  adalah :

dimana :

                                   

f  = frekuensi (Hz)l  = panjang saluran (m)

Di dalam pemakaian praktisnya rumus-rumus di atasmenjadi :

Sedangkan rumus Rs secara empiris adalah :

     ,   untuk m = 0 s/d 3 

       ,   untuk m diatas 3

Cara mengatasi Skin Effect :        Frekuensi kerja diturunkan        Diameter penghantar diperkecil atau menggunakanpenghantar serabut

III.  Jenis-jenis penampang bahan penghantarPenampang bahan penghantar umumnya dibuat dalam

berbagai bentuk. Sesuai dengan tujuan penggunaannya. Berdasarkan bentuknya, bahan penghantar dibedakan  antara lain :

                       (a)           (b)                 (c)             (d)             (e)

Gambar 3. Penampang bahan penghantar(a) bulat (b) segi empat tipis(c) segi empat tebal(d) kanal (e) stranded (berlilit atau serabut)

Berdasarkan susunan kawat/penampang, dibedakan antaralain :

        Kawat pejal        Kawat berlilit          Kawat berongga

        Kawat serabut

Berdasarkan susunan/struktur material :        Kawat/ bahan dari logam murni        Kawat/ bahan dari logam campuran (alloy)        Kawat/ bahan dari logam paduan

IV. Klasifikasi Bahan KonduktorMenurut bentuknya/wujudnya, bahan konduktor dapatdibagi dalam 3 jenis, yakni:

a.     Bahan konduktor berbentuk padatb.     Bahan konduktor berbentuk cairc.      Bahan konduktor berbentuk gas

1. Tembaga (Cu)Sifat-sifat elektris bahan tembaga dapat dilihat pada tabel 1.Daya hantar panasnya 0,93 kal/cm sec oC.Daya tahan tembaga terhadap korosi sangat besar.Titik leburnya 1080 0C.Kekuatan menahan gaya tarik/tekan cukup tinggi, yaitu sekitar  40-50 kgf/mm2

Tidak rapuh (artinya dapat dibengkokan tetapi tidakmudah putus/patah).Penggunaan tembaga antara lain:

        sebagai bahan penghantar pada inti kabel, kumparan-kumparan trafo, generator dan motor, serta jaringanlistrik karena bahan tembaga mempunyai konduktifitasyang cukup tinggi.

        sebagai alat/bahan pengukur temperatur (padatermokopel)

        Tembaga keras (hard drawn copper), digunakan apabiladiperlukan untuk menahan tegangan tarik/tekan yangtinggi dan tahan terhadap medan keras.

        Tembaga lunak (analed copper), digunakan apabiladipentingkan sifat lenturnya.

        Dicampur dengan bahan lain (banyak kita jumpai dipasaran )

-         tahanan jenisnya akan turun,

-         supaya sifat-sifat mekanisnya dapat ditingkatkan sesuai kebutuhan atau untuk keperluan tertentu.

2. Aluminium (Al)Sifat elektris : lihat tabel 1.Sifat-sifat fisik yang lain :

        Daya hantar panasnya = 0,5 kal/cm sec oC        Daya tahan terhadap korosi lebih besar daripada

tembaga.        Massa jenisnya ± 3 kali lebih kecil daripada masa

jenis tembaga.        Aluminium tidak baik untuk dipatri, akan tetapi dapat

dilas.        Titik leburnya 660o C

Sifat-sifat mekanis   :        kekuatan menahan tegangan tarik/tekan lebih rendah

daripada tembaga yaitu ±15-23 kgf/mm2 akan tetapialuminium mudah dikerjakan, dibengkokkan atau dipress.Sehingga aluminium banyak dipakai antara lain :

        Sebagai penutup pada transistor, karena mempunyaidaya hantar panas yang cukup tinggi.

        Sebagai bahan pelindung pada bagian-bagian peralatanyang tidak boleh terkena gelombang elektromagnetik,karena aluminium termasuk bahan yang magnetis.

        Sebagai bahan yang digunakan pada kumparantransformator arus, rotor dsb. karena pengerjaannyamudah.Karena kemampuan menahan tegangan tariknya tidakterlalu besar, maka bila diperkuat atau dipadukandengan bahan/kawat baja (baja mempunyai tegangan tarik

±46 s/d 380 kgf/mm2) akan diperoleh kawat atau bahanyang disebut dengan istilah ACSR (Aluminium Cable StellReinforce).    

3. Bahan campuran

a. Kuningan (Brass)        Campuran antara tembaga (Cu) dan seng (Zn).        Warnanya kuning,        Tegangan tarik maksimum : 23 s/d 40 kgf/mm2

        Harganya lebih murah dibandingkan dengan bahantembaga murni

        Mudah dikerjakan walaupun dalam keadaan dingin        Kurang cocok bila dipakai dalam udara terbuka        Titik leburya 900o C.

        Kurang tepat dipakai sebagai konduktor karenakonduktivitasnya rendah, tetapi cocok dipergunakansebagai media gelombang UHF (microwave).

b. Perunggu (Bronze)        Campuran antara tembaga (Cu) dan timah (Sn).        Tahanan jenisnya lebih besar daripada bahan kuningan        Titik leburnya 10400 C, tegangan tariknya 20 s/d 40

kgf/mm2

        Mempunyai daya tahan yang baik  terhadap korosi.        Sebagai penghantar/konduktor biasanya dipakai untuk

hantaran-hantaran yang halus, misalnya untuk kawattelegraf, telepon, dan sebagainya.

V. Bahan tahanan (resistor)Bahan tahanan (resistor) adalah suatu bahan listrik yangdapat menyalurkan arus listrik, akan tetapi mempunyaitahanan listrik (resistivitas) yang tinggi ataukonduktivitasnya rendah.

Contoh bahan tahanan adalah sebagai berikut:1. WolframWolfram termasuk jenis logam yang sangat beratBerwarna putih keabu-abuanMempunyai titik cair tertinggi diantara logam-logampadatSifat-sifatnya :

        Sifat mekanis: tegangan tarik maksimum : 590.000 psi        Modulus elastisitas : 10.106 psi        Titik cair :  3.390o C        Titik didih :  5.930o C        Konduktivitas termis :  0,4 cal/cm sec oC        Koefisien muai panjang :  4,5x10-6

        Sifat kimia : pada suhu 20000 C, 1001 gram wolframmurni dapat bersenyawa dengan O2 membentuk WO2dan WO3.

        Sifat elektris : tahanan jenisnya mendekati linierterhadap perubahan temperatur.

        Magnetic susceptibility, Xm, :  6,8x10-5 (termasuk bahanmagnetik)

Penggunaan wolfram :sebagai filament lampu pijar, campuran bahan kontak,elektroda gas mulia, dan bagian-bagian dari tabungelektroda.2. Timbel/timah hitam (Pb)Di pasaran banyak dijumpai sebagai timbel dan berupalempengan 3x1,5 m atau 10x2,5 m dengan tebal kira-kira0,3-12 mm.Sifat-sifatnya antara lain :

        Sangat lunak dan mudah dikerjakan        Mempunyai berat jenis/ massa jenis yang tinggi        Titik leburnya rendah ± 300o C        Tahanan jenisnya ± 7%-nya tahanan jenis tembaga        Tegangan tariknya rendah

Penggunaannya antara lain sebagai elektroda akumulator,pembungkus kabel, campuran solder, dan untuk bahanpembuat sekering.

VI. Thermistor        “Thermistor” berasal dari kata thermally sensitive resistor.        Thermistor adalah suatu jenis tahanan yang peka

terhadap perubahan temperatur atau memiliki hargakoefisien suhu tahanan (α)  yang tinggi

        Ditemukan oleh Michael Faraday berdasarkan (α) negatif dari silver sulfida pada tahun 1833.

                                           (a)(b)

Gambar 4. Simbol dari Thermistor                                                 (a) Thermistor dengan pemanas langsung                                                 (b) Thermistor dengan pemanas tidak langsung

Thermistor pada umumnya didasarkan pada “a negativetemperature coefisien (NTC)”, atau ada pula yang berdasarkanpada “a positive temperature coefisien (PTC)”.

Penggunaannya :

        Basic Thermistor Circuit        Half Bridge Thermometer        Basic Four Arm Bridge Type Thermometer        Two Thermistor Thermometer        Temperature Measurement        Anemometer        Flow Meter        Vacuum Gauge        Altimeter        Rf  Power Meter        Measuring Micro Wave Meter        Gas Analyzer        Thermal Protection For Motor        Pilot Or Flame Alarm Control        Voltage Regulation        Remote Control        Audio Compressor (Umeter)        Audio Expander        Pilot Lamp Protection        Crystal Oscillator Stabilization

VII. Corona        Gejala corona, yang dapat mengakibatkan gangguan pada

komunikasi radio (radio interference) dan daya hilang (powerlosses) corona.

        Masalah isolasi pada kawat penghantar.        Masalah isolasi pada peralatan listrik.        Masalah keamanan terhadap manusia, hewan atau barang.

1. Proses terjadinya coronaBila ada 2 kawat penghantar yang sejajar

(berpenampang kecil bila dibandingkan dengan jarakantara kedua kawat tersebut) diberi tegangan listrikbolak-balik, maka corona dapat terjadi dan bilategangan listrik tersebut dinaikkan secara bertahap,maka corona pun akan naik secara bertahap.

a.     Secara visualPertama-tama kawat kelihatan bercahaya, mengeluarkan

suara yang mendesis (hissing) dan berbau ozon (O3). Warnacahaya tersebut makin lama makin jelas kelihatan,cahaya semakin bertambah terang apabila teganganlistriknya dinaikkan terus dan akhirnya akan terjadi

busur api. Corona mengeluarkan panas denganterjadinya power losses dan hal ini dapat diukur denganWatt-meter.

Bila udara disekitar konduktor tersebut dalamkeadaan lembab, maka corona ini dapat menghasilkan asamnitrogin (Nitrous Acid), hal ini akan mempengaruhi powerlosses, atau dengan perkataan lain kehilangan dayanyalebih besar.

Apabila tegangan listriknya merupakan tegangansearah,pada kawat positip pada jaringan, akan kelihatandalam bentuk cahaya yang uniform (seragam) pada seluruhkawat, sedangkan untuk kawat nolnya (ground), coronahanya terjadi pada tempat-tempat tertentu saja (Spooty).

b.     Secara fisisCorona terjadi karena adanya ionisasi dalam udara

disekitar konduktor, selain itu molekul udara disekitarpenghantar/konduktor tersebut kehilangan elektron.Dengan lepasnya elektron dan ionisasi ini dan disertaiadanya medan listrik, maka elektron -elektron bebastersebut akan mengalami gaya, sehingga gerakannyadipercepat. Akibatnya elektron ini akan mengalamitabrakan dengan molekul lain sehingga akan menimbulkanion-ion dan elektron -elektron baru.

Proses ini berjalan terus-menerus, sehingga jumlahion dan elektron bebas menjadi berlipat ganda (bilagradien potensialnya cukup besar). Ionisasi udara dapatmengakibatkan redistribusi tegangan dan bilaredistribusi ini besarnya sedemikian rupa sehinggagradien udara (tegangan listrik) diantara dua kawatlebih besar daripada gradien udara normal, maka akanterjadi loncatan bunga api.

Bila hanya sebagian saja dari udara antara dua kawatyang terionisasikan, maka corona merupakan sampul yang

mengelilingi kawat tersebut. Gradien tegangan listrikseragam yang dapat menimbulkan ionisasi kumulatif diudara normal (25oC, 760 mmHg) adalah 30 kV/cm.

2. Kerugian daya coronaKerugian daya corona menurut PEEK dinyatakan sebagaiberikut:

  kWatt/kmdimana:

f    = frekuensi (Hz)r   = jari-jari kawat (cm)

D  = jarak antar kawat (cm)V  = tegangan fasa (kV rms)Vd     = tegangan distribusi kritis (kV rms)

Rumus di atas berlaku untuk satu konduktor saja.Penerapan secara praktisnya, umumnya digunakan rumussebagai berikut:

dimana :mo =   factor tak tentu (irregular factor)      =  1,00 untuk konduktor yang permukaannya halus      =  0,93-0,98 untuk penghantar kasar      =  0,83-0,87 untuk kawat berlilit 7      =  0,80-0,85 untuk kawat berlilit 15, 37 dan 61

Untuk mengurangi masalah corona, maka perludiperhitungkan masalah:

        Jari-jari konduktor        Perbandingan antara jarak konduktor dengan jari-jari

konduktor        Faktor permukaa

Konduktor22:36  HaGe  4Komentar

1.1 Jenis Bahan KonduktorBahan-bahan yang dipakai untuk konduktor harus memenuhi persyaratan-persyaratan sebagai berikut:1. Konduktifitasnya cukup baik.2. Kekuatan mekanisnya (kekuatan tarik) cukup tinggi.3. Koefisien muai panjangnya kecil.4. Modulus kenyalnya (modulus elastisitas) cukup besar.Bahan-bahan yang biasa digunakan sebagai konduktor, antara lain:1. Logam biasa, seperti: tembaga, aluminium, besi, dan sebagainya.2. Logam campuran (alloy), yaitu sebuah logam dari tembaga atau aluminium yang diberi campuran dalam jumlah tertentu dari logam jenis lain, yang gunanya untuk menaikkan kekuatan mekanisnya.3. Logam paduan (composite), yaitu dua jenis logam atau lebih yang dipadukan dengan cara kompresi, peleburan (smelting) atau pengelasan (welding).

1.2 Klasifikasi Konduktor1.2.1 Klasifikasi konduktor menurut bahannya:1. kawat logam biasa, contoh: a. BBC (Bare Copper Conductor).

b. AAC (All Aluminum Alloy Conductor).2. kawat logam campuran (Alloy), contoh: a. AAAC (All Aluminum Alloy Conductor)b. kawat logam paduan (composite), seperti: kawat baja berlapis tembaga (Copper Clad Steel) dan kawat baja berlapis aluminium (Aluminum Clad Steel).3. kawat lilit campuran, yaitu kawat yang lilitannya terdiri daridua jenis logam atau lebih,contoh: ASCR (Aluminum Cable Steel Reinforced).

1.2.2 Klasifikasi konduktor menurut konstruksinya:1. kawat padat (solid wire) berpenampang bulat.2. kawat berlilit (standart wire) terdiri 7 sampai dengan 61 kawat padat yang dililit menjadi satu, biasanya berlapis dan konsentris.3. kawat berongga (hollow conductor) adalah kawat berongga yang dibuat untuk mendapatkan garis tengah luar yang besar.

1.2.3. Klasifikasi konduktor menurut bentuk fisiknya:1. konduktor telanjang.2. konduktor berisolasi, yang merupakan konduktor telanjang dan pada bagian luarnya diisolasi sesuai dengan peruntukan tegangan kerja, contoh: a. Kabel twisted.b. Kabel NYYc. Kabel NYCYd. Kabel NYFGBY

1.3 Karakteristik KonduktorAda 2 (dua) jenis karakteristik konduktor, yaitu: C, maka kemampuan maksimal dari konduktor untuk menghantar arus adalah 275 A). berselubung AAAC-S pada suhu sekitar 301. karakteristik mekanik, yang menunjukkan keadaan fisik dari konduktor yang menyatakan kekuatan tarik dari pada konduktor (dari SPLN 41-8:1981, untuk konduktor 70 mm2. karakteristik listrik, yang menunjukkan kemampuan dari konduktor terhadap arus listrik yang melewatinya (dari SPLN 41-10: 1991, untuk konduktor 70 mm2 berselubung AAAC-S pada suhu sekitar 30o C, maka kemampuan maksimum dari konduktor untuk

menghantar arus adalah 275 A).

1.3.1 Konduktivitas listrik Sifat daya hantar listrik material dinyatakan dengan konduktivitas, yaitu kebalikan dari resistivitas atau tahanan jenis penghantar, dimana tahanan jenis penghantar tersebut didefinisikan sebagai: R . A ρ = ----------ldimana;A : luas penampang (m2) l : Panjang penghantar (m) Ώ : tahanan jenis penghantar (ohm.m) R : tahanan penghantar (ohm) ρ : konduktivitas 

1 a = ------ρ

Menyatakan kemudahan – kemudahan suatu material untuk meneruskan arus listrik. Satuan konduktivitas adalah (ohm meter). Konduktivitas merupakan sifat listrik yang diperlukan dalam berbagai pemakaian sebagai penghantar tenaga listrik dan mempunyai rentang harga yang sangat luas. Logam atau material yang merupakan penghantar listrik yang baik, memiliki konduktivitas listrik dengan orde 107 (ohm.meter) -1 dan sebaliknya material isolator memiliki konduktivitas yang sangat rendah, yaitu antara 10-10 sampai dengan 10-20 (ohm.m)-1. Diantara kedua sifat ekstrim tersebut, ada material semi konduktor yang konduktivitasnya berkisar antara 10-6 sampai dengan 10-4 (ohm.m)-1. Berbeda pada kabel tegangan rendah, pada kabel tegangan menengah untuk pemenuhan fungsi penghantar dan pengaman terhadap penggunaan, ketiga jenis atau sifat konduktivitas tersebut diatas digunakan semuanya.

------------------------------------------------------------------------------------------

Logam Konduktivitas listrik ohm meter Perak ( Ag ) ………………………. 6,8 x 107Tembaga ( Cu ) ………………….. 6,0 x 107Emas ( Au ) …………………….. .. 4,3 x 107Alumunium ( Ac ) ………………. .. 3,8 x 107Kuningan ( 70% Cu – 30% Zn )… 1,6 x 107Besi ( Fe ) ………………………… 1,0 x 107Baja karbon ( Ffe – C ) …………. 0,6 x 107Baja tahan karat ( Ffe – Cr ) …… 0,2 x 107

Tabel 1. Konduktivitas Listrik Berbagai Logam dan Paduannya Pada Suhu Kamar.

1.3.2 Kriteria mutu penghantar Konduktivitas logam penghantar sangat dipengaruhi oleh unsur – unsur pemadu, impurity atau ketidaksempurnaan dalam kristal logam, yang ketiganya banyak berperan dalam proses pembuatan pembuatan penghantar itu sendiri. Unsur – unsur pemandu selain mempengaruhi konduktivitas listrik, akan mempengaruhi sifat – sifat mekanika dan fisika lainnya. Logam murni memiliki konduktivitas listrik yang lebih baik dari pada yang lebih rendahkemurniannya. Akan tetapi kekuatan mekanis logam murni adalah rendah.Penghantar tenaga listrik, selain mensyaratkan konduktivitas yangtinggi juga membutuhkan sifat mekanis dan fisika tertentu yang disesuaikan dengan penggunaan penghantar itu sendiri.

Selain masalah teknis, penggunaan logam sebagai penghantar ternyata juga sangat ditentukan oleh nilai ekonomis logam tersebut dimasyarakat. Sehingga suatu kompromi antara nilai teknis dan ekonomi logam yang akan digunakan mutlak diperhatikan.Nilai kompromi termurahlah yang akan menentukan logam mana yang akan digunakan. Pada saat ini, logam Tembaga dan Aluminium adalahlogam yang terpilih diantara jenis logam penghantar lainnya yang memenuhi nilai kompromi teknis ekonomis termurah.

Dari jenis–jenis logam penghantar pada tabel 1. diatas, tembaga merupakan penghantar yang paling lama digunakan dalam bidang kelistrikan. Pada tahun 1913, oleh International Electrochemical

Comission (IEC) ditetapkan suatu standar yang menunjukkan daya hantar kawat tembaga yang kemudian dikenal sebagai International Annealed Copper Standard (IACS). Standar tersebut menyebutkan bahwa untuk kawat tembaga yang telah dilunakkan dengan proses anil (annealing), mempunyai panjang 1m dan luas penampang 1mm2, serta mempunyai tahanan listrik (resistance) tidak lebih dari 0.017241 ohm pada suhu 20oC, dinyatakan mempunyai konduktivitas listrik 100% IACS.

Akan tetapi dengan kemajuan teknologi proses pembuatan tembaga yang dicapai dewasa ini, dimana tingkat kemurnian tembaga pada kawat penghantar jauh lebih tinggi jika dibandingkan pada tahun 1913, maka konduktivitas listrik kawat tembaga sekarang ini bisa mencapai diatas 100% IACS.Untuk kawat Aluminium, konduktivitas listriknya biasa dibandingkan terhadap standar kawat tembaga. Menurut standar ASTMB 609 untuk kawat aluminium dari jenis EC grade atau seri AA 1350(*), konduktivitas listriknya berkisar antara 61.0 – 61.8% IACS, tergantung pada kondisi kekerasan atau temper. Sedangkan untuk kawat penghantar dari paduan aluminium seri AA 6201, menurut standar ASTM B 3988 persaratan konduktivitas listriknya tidak boleh kurang dari 52.5% IACS. Kawat penghantar 6201 ini biasanya digunakan untuk bahan kabel dari jenis All Aluminium Alloy Conductor (AAAC).

Disamping persyaratan sifat listrik seperti konduktivitas listrikdiatas, kriteria mutu lainnya yang juga harus dipenuhi meliputi seluruh atau sebagian dari sifat – sifat atau kondisi berikut ini, yaitu:a. komposisi kimia.b. sifat tarik seperti kekuatan tarik (tensile strength) dan regangan tarik (elongation).c. sifat bending.d. diameter dan variasi yang diijinkan. e. kondisi permukaan kawat harus bebas dari cacat, dan lain-lain.

ditulis oleh: hanif guntoro

Kategori: ilmu Bahan Listrik