image1

LET'S MAKE SOMETHING|I'M MAKER FROM SANTRI

Konduktor Bahan Listrik

  
Konduktor (penghantar) : suatu bahan yang dapat menghantarkan arus listrik.
Sifat terpenting konduktor:
-         sifat daya hantar listrik (electrical conductivity) yang tinggi, atau
-         tahanan jenis (resistivity) yang rendah
Konduktivitas maupun resistivitas besarnya tergantung pada struktur internal dari bahan penghantar tersebut.
Sifat-sifat lain yang harus dimiliki oleh konduktor :
-         daya hantar panas (thermal conductivity) atau sifat-sifat termis dan sifat-sifat mekanis lain seperti kekuatan tarik/tekan atau kemampuannya dalam menahan tegangan tarik dan sebagainya.

     Tabel 1.  Tahanan jenis beberapa bahan listrik
Nama bahan
Tahanan jenis pada 0o C
( Ω mm2/m)
Tahanan jenis pada 20o 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, bisa digunakan persamaan berikut :
                            
dimana:
α    = koefisien suhu tahanan pada temperatur standar 20o C
α1   = koefisien suhu tahanan pada temperatur toC


Text Box: aa0fdfyx
Gambar 1. Pertambahan harga tahanan listrik sebagai fungsi dari temperatur

b. Bahan campuran
Pertambahan harga/nilai tahanan listrik pada bahan campuran apabila suhu dinaikkan adalah relatif kecil dan tidak teratur. Contohnya pada bahan Eureka(konstantan), yaitu campuran 60% Cu dan 40% Ni), karena pertambahan nilai resistansi yang kecil, 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 pada arus yang mengalir tersebut.
Text Box: 2





Gambar 2. Kerapatan arus pada suatu penghantar dialiri arus AC

Arus bolak-balik (AC) yang mengalir pada penghantar, akan menimbulkan fluksi (ф).
Fluksi ini akan menimbulkan induktansi diri (self inductance) dan akan membangkitkan tegangan :
         dan     
Didapat :
ф1< ф2 dan L1>L2, dari sini didapat hubungan; i akan sebanding dengan ф
sehingga :
 i1<i2   dan    ф1< ф2.
Menurut Maxwell dan Rayleight, perbandingan antara tahanan skin effect(Rs) terhadap tahanan arus searah (R) adalah :
Sedangkan perbandingan antara reaktansi skin effect (As) terhadap reaktansi arus searah (A)  adalah :
dimana :


                                  




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






Di dalam pemakaian praktisnya rumus-rumus di atas menjadi :
Sedangkan rumus Rs secara empiris adalah :
    ,   untuk m= 0 s/d 3 
      ,   untuk mdiatas 3

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

III.  Jenis-jenis penampang bahan penghantar
Penampang 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 antara lain :


·        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 Konduktor
Menurut bentuknya/wujudnya, bahan konduktor dapat dibagi dalam 3 jenis, yakni:
a.     Bahan konduktor berbentuk padat
b.     Bahan konduktor berbentuk cair
c.      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 tidak mudah putus/patah).
Penggunaan tembaga antara lain:
·        sebagai bahan penghantar pada inti kabel, kumparan-kumparan trafo, generator dan motor, serta jaringan listrik karena bahan tembaga mempunyai konduktifitas yang cukup tinggi.
·        sebagai alat/bahan pengukur temperatur (pada termokopel)
·        Tembaga keras (hard drawn copper), digunakan apabila diperlukan untuk menahan tegangan tarik/tekan yang tinggi dan tahan terhadap medankeras.
·        Tembaga lunak (analed copper), digunakan apabila dipentingkan sifat lenturnya.
·        Dicampur dengan bahan lain (banyak kita jumpai di pasaran )
-         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/mm2akan tetapi aluminium mudah dikerjakan, dibengkokkan atau dipress.
Sehingga aluminium banyak dipakai antara lain :
·        Sebagai penutup pada transistor, karena mempunyai daya hantar panas yang cukup tinggi.
·        Sebagai bahan pelindung pada bagian-bagian peralatan yang tidak boleh terkena gelombang elektromagnetik, karena aluminium termasuk bahan yang magnetis.
·        Sebagai bahan yang digunakan pada kumparan transformator arus, rotor dsb. karena pengerjaannya mudah.
Karena kemampuan menahan tegangan tariknya tidak terlalu besar, maka bila diperkuat atau dipadukan  dengan bahan/kawat baja (baja mempunyai tegangan tarik ±46 s/d 380 kgf/mm2) akan diperoleh kawat atau bahan yang disebut dengan istilah ACSR (Aluminium Cable Stell Reinforce).
    



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


·        Kurang tepat dipakai sebagai konduktor karena konduktivitasnya rendah, tetapi cocok dipergunakan sebagai 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 kawat telegraf, telepon, dan sebagainya.






V. Bahan tahanan (resistor)
Bahan tahanan (resistor) adalah suatu bahan listrik yang dapat menyalurkan arus listrik, akan tetapi mempunyai tahanan listrik (resistivitas) yang tinggi atau konduktivitasnya rendah.

Contoh bahan tahanan adalah sebagai berikut:
1. Wolfram
Wolfram termasuk jenis logam yang sangat berat
Berwarna putih keabu-abuan
Mempunyai titik cair tertinggi diantara logam-logam padat
Sifat-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 wolfram murni dapat bersenyawa dengan O2 membentuk WO2 dan WO3.
·        Sifat elektris : tahanan jenisnya mendekati linier terhadap perubahan temperatur.
·        Magnetic susceptibility, Xm, :  6,8x10-5 (termasuk bahan magnetik)

Penggunaan wolfram :
sebagai filament lampu pijar, campuran bahan kontak, elektroda gas mulia, dan bagian-bagian dari tabung elektroda.
2. Timbel/timah hitam (Pb)
Di pasaran banyak dijumpai sebagai timbel dan berupa lempengan 3x1,5 m atau 10x2,5 m dengan tebal kira-kira 0,3-12 mm.
Sifat-sifatnya antara lain :
·        Sangat lunak dan mudah dikerjakan
·        Mempunyai berat jenis/ massajenis 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 bahan pembuat sekering.


VI. Thermistor
·        Thermistor” berasal dari kata thermally sensitive resistor.
·        Thermistor adalah suatu jenis tahanan yang peka terhadap perubahan temperatur atau memiliki harga koefisien 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 negative temperature coefisien(NTC)”, atau ada pula yang berdasarkan pada “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 (power losses) corona.
·        Masalah isolasi pada kawat penghantar.
·        Masalah isolasi pada peralatan listrik.
·        Masalah keamanan terhadap manusia, hewan atau barang.

1. Proses terjadinya corona
Bila ada 2 kawat penghantar yang sejajar (berpenampang kecil bila dibandingkan dengan jarak antara kedua kawat tersebut) diberi tegangan listrik bolak-balik, maka corona dapat terjadi dan bila tegangan listrik tersebut dinaikkan secara bertahap, maka corona pun akan naik secara bertahap.
a.     Secara visual
Pertama-tama kawat kelihatan bercahaya, mengeluarkan suara yang mendesis (hissing) dan berbau ozon (O3). Warna cahaya tersebut makin lama makin jelas kelihatan, cahaya semakin bertambah terang apabila tegangan listriknya dinaikkan terus dan akhirnya akan terjadi busur api. Corona mengeluarkan panas dengan terjadinya power losses dan hal ini dapat diukur dengan Watt-meter.
Bila udara disekitar konduktor tersebut dalam keadaan lembab, maka corona ini dapat menghasilkan asam nitrogin (Nitrous Acid), hal ini akan mempengaruhi power losses, atau dengan perkataan lain kehilangan dayanya lebih besar.
Apabila tegangan listriknya merupakan tegangan searah, pada kawat positip pada jaringan, akan kelihatan dalam bentuk cahaya yang uniform (seragam) pada seluruh kawat, sedangkan untuk kawat nolnya (ground), corona hanya terjadi pada tempat-tempat tertentu saja (Spooty).

b.     Secara fisis
Corona terjadi karena adanya ionisasi dalam udara disekitar konduktor, selain itu molekul udara disekitar penghantar/konduktor tersebut kehilangan elektron. Dengan lepasnya elektron dan ionisasi ini dan disertai adanya medanlistrik, maka elektron -elektron bebas tersebut akan mengalami gaya, sehingga gerakannya dipercepat. Akibatnya elektron ini akan mengalami tabrakan dengan molekul lain sehingga akan menimbulkan ion-ion dan elektron -elektron baru.
Proses ini berjalan terus-menerus, sehingga jumlah ion dan elektron bebas menjadi berlipat ganda (bila gradien potensialnya cukup besar). Ionisasi udara dapat mengakibatkan redistribusi tegangan dan bila redistribusi ini besarnya sedemikian rupa sehingga gradien udara (tegangan listrik) diantara dua kawat lebih besar daripada gradien udara normal, maka akan terjadi loncatan bunga api.
Bila hanya sebagian saja dari udara antara dua kawat yang terionisasikan, maka corona merupakan sampul yang mengelilingi kawat tersebut. Gradien tegangan listrik seragam yang dapat menimbulkan ionisasi kumulatif di udara normal (25oC, 760 mmHg) adalah 30 kV/cm.










2. Kerugian daya corona
Kerugian daya corona menurut PEEK dinyatakan sebagai berikut:
  kWatt/km
dimana:



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 rumus sebagai 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 perlu diperhitungkan masalah:
·        Jari-jari konduktor
·        Perbandingan antara jarak konduktor dengan jari-jari konduktor
·        Faktor permukaan



Share this:

CONVERSATION

0 comments: