Isolasi

Isolasi adalah sifat bahan yang dapat memisahkan secara elektris dua buah penghantar atau lebih yang bertegangan sehingga tidak terjadi kebocoran arus, atau dalam gradien yang lebih tinggi terjadi lompatan bunga api lewat denyar (flash over). Isolator adalah alat yang dipasang untuk menjalankan fungsi isolasi dan pemegang mekanis perlengkapan atau penghantar dalam jaringan listrik.

Menurut macam bahan yang dipakai isolasi dapat dibagi tiga golongan yaitu padat, cair dan gas, hampa (vaccum) dan composite.

Sedangkan berdasarkan fungsinya dapat dibagi menjadi :

1.      Penyangga / penggantung (solid support);berbentuk benda padat antara lain: porselen, keramik, polimer, kayu, dan kertas pernis, 

2.      Bahan pengisi (filling media);berupa bahan cair, serat atau gas misalnya minyak, silika, fiber glass,bitumen, aneka gas, dan udara

3.      Bahan penutup (covering material);bahan yang biasanya terdapat pada bagian paling luar, berupa bahan padat atau cair misalnya mika, silikon, pernis atau enamel.

Suatu bahan isolasi yang baik harus mempunyai faktor disipasi rendah, resistansi isolasi tinggi, dan kekuatan dielektrik yang baik sehingga sifat hantarannya dapat ditiadakan.

Umumnya kegagalan alat-alat listrik pada waktu sedang dipakai disebabkan oleh kegagalan fungsi isolasi, waktu pemakaian yang lama, kerusakan mekanis, dan kekuatan dielektrik karena mengalami tegangan lebih.

Tegangan yang diterapkan pada bahan isolasi merupakan suatu tarikan atau tekanan (stress), dimana tarikan/tekanan (stress) ini yang harus dilawan oleh suatu gaya di dalam isolasi itu sendiri agar isolasinya tidak gagal. Arus yang dapat  mengalir melalui isolasi padat tergantung pada struktur fisik dan kimiawi isolasi itu.

Suatu isolator dalam kaitannya dengan penelitian ini, yang lazim dipakai pada jaringan transmisi dan distribusi saluran udara. Dengan demikian harus mampu berfungsi secara mekanis maupun elektris. Secara mekanis mampu menahan berat beban penghantar yang terpasang pada isolator tersebut, dan secara elektris mampu menjalankan fungsi isolasi yaitu memisahkan bagian yang bertegangan dari bagian yang tak bertegangan.

Dalam semua material penghantar, semi penghantar dan banyak material  isolasi, struktur pita energi elektron, tergantung pada banyaknya susunan elektron. Material yang orbital atom penyusunnya besar dan tersebar maka dua orbital atom bersatu menjadi satu awan yang lebih besar, disebut “orbital molekul” OM, sedangkan kelompok OM yang keadaan energinya berdekatan disebut pita energi, yang terendah disebut “pita valensi” (valence band) yang penuh elektron, sedangkan pita yang atas disebut “pita konduksi” (conduction band) yang benar- benar kosong tidak ada elektron. Pemisah kedua pita tersebut adalah zone terlarang yang disebut “pita celah” (band gap) dengan energi sebesar E_g. Pita energi untuk konduktor, isolator dan semi konduktor diperlihatkan pada gambar  berikut.

Gambar 1 Representasi yang ideal dari pita energi

a)       Konduktor; b) isolator; c) semikonduktor

Segi tiga hitam menandai tingkat energi Fermi.

Gambar 1 (a) menyatakan struktur pita energi pada sebuah konduktor, sifatnya yang pokok adalah bahwa pita valensi yang paling energetik yang mengandung sembarang banyaknya elektron hanyalah terisi sebagian. Ada keadaan kosong di atas tingkat energi Fermi, bila diterapkan medan listrik sebesar E, maka tiap elektron di dalam pita ini akan mampu memperbesar momentumnya di dalam arah – E sehingga akan mengalir arus.

Gambar 1 (b) menyatakan struktur pita energi pada sebuah isolator. Sifatnya yang pokok adalah pita valensi yang paling energetik yang mengandung sembarang banyaknya elektron akan sepenuhnya terisi dan pita celah yang terlarang yang persis terletak di atasnya cukup lebar yang ditandai dengan E_g, sehingga kemungkinan terangkatnya sebuah elektron karena eksitasi termal ke dalam pita konduksi yang kosong yang terletak di atas pita celah dapat diabaikan dan arus tidak mengalir, kecuali bila diterapkan medan listrik yang menyebabkan lewat denyar (flash over).

Gambar 1 (c) menyatakan struktur pita energi pada sebuah semikonduktor, berbeda dengan isolator dalam hal pita celah yang energinya cukup kecil sehingga eksitasi termal dari elektron melalui pita celah ini dapat terjadi, beberapa elektron dapat pindah ke pita konduksi dari pita valensi dan meninggalkan keadaan kosong, atau lubang (holes).