Bahan Isolator Listrik: Contoh, Kenapa Air Murni Isolator, dan Kenapa Kayu Basah Menghantar

Oleh Suhinar El · Seri Motor Academy: Listrik Dasar, Lesson 05: Arus, Hambatan, dan Beda Potensial (artikel 7 dari 8)

Isolator adalah bahan yang elektron bebasnya sangat sedikit, sehingga sulit melewatkan arus listrik. Yang perlu diluruskan, tidak ada batas tegas antara konduktor dan isolator. Air biasa menghantar listrik sedangkan air yang benar-benar murni justru isolator yang baik. Kayu, kertas, dan kapas hanya berfungsi sebagai isolator selama bahannya kering atau sudah direndam minyak, dan begitu lembap ketiganya berubah jadi penghantar.

Bentuk dan bahannya berbeda, tetapi semuanya dipilih karena satu alasan yang sama.

Kenapa Sebuah Bahan Jadi Isolator

Perbedaannya ada di tingkat atom.

Pada logam, elektron terluar tidak terikat kuat pada atomnya. Elektron itu bisa berpindah dari satu atom ke atom lain dengan mudah, dan karena itulah logam menghantar listrik dengan baik.

Pada isolator, keadaannya berlawanan. Elektron terikat rapat pada atom masing-masing, jadi hampir tidak ada elektron yang tersedia untuk berpindah dan membentuk arus.

Jadi bedanya bukan ada atau tidak adanya elektron, melainkan bebas atau tidaknya elektron itu untuk bergerak.

Modul menegaskan satu hal yang sering disederhanakan di buku pelajaran. Tidak ada bahan yang sepenuhnya isolator dan tidak ada yang sepenuhnya konduktor, sebab yang membedakan keduanya hanya derajat, dan setiap isolator pun akan menghantar bila tegangan yang diberikan cukup tinggi untuk menembusnya.

Pembahasan lengkap tentang konduktor dan isolator ada di Lesson 07. Di sini fokusnya pada bahan isolator dan pengaruh kelembapan, sedangkan sifat elektron bebas yang jadi dasarnya sudah dibahas di artikel arus listrik dan elektron bebas.

Contoh Bahan Isolator

Modul menyebut deretan bahan yang cukup panjang, dan hampir semuanya masih dipakai sampai sekarang.

Bahan	Di mana biasa ditemui
Mika	Isolasi antar lamel komutator, pemisah tipis tahan panas
Porselen	Isolator saluran udara, dudukan sekring lama, fiting lampu
Kaca	Isolator saluran, badan sekring tabung
Karet	Selubung kabel, sarung tangan kerja, matras lantai
Udara	Jarak aman antar penghantar pada saluran dan panel
Kertas	Isolasi slot stator, isolasi antar lapis belitan
Plastik	Selubung kabel, badan saklar, badan terminal
Silikon	Kabel tahan panas, selongsong di dekat sumber panas
Neoprena	Selubung kabel yang tahan minyak dan cuaca
Sutra dan kapas	Pembungkus kawat belitan pada mesin tua
Batu tulis	Papan panel dan dudukan terminal pada peralatan lama

Udara pantas diperhatikan lebih lama karena ia isolator yang paling sering kita andalkan tanpa menyadarinya.

Jarak antar penghantar pada saluran udara dan jarak antar terminal di dalam panel sebenarnya mengandalkan udara sebagai isolasi. Itu sebabnya panel yang berdebu, lembap, atau penuh sarang tikus jadi berbahaya, sebab yang mengisi jarak aman itu bukan udara lagi.

Air Murni Isolator, Air Biasa Menghantar

Ini bagian yang paling sering mengagetkan orang, dan modul menyebutnya secara khusus.

Yang menghantar listrik di dalam air bukan molekul airnya, melainkan zat lain yang terlarut di dalamnya. Garam, mineral, dan sisa zat kimia terurai jadi ion yang bisa bergerak, dan ion yang bergerak itulah pembawa arusnya.

Air yang benar-benar murni hampir tidak punya ion. Jadi ia justru isolator yang baik.

Dari sifat ini muncul pemakaian yang menarik, dan modul menyebutnya. Daya hambat air dipakai sebagai ukuran kemurniannya, karena makin sedikit zat terlarut di dalamnya makin tinggi hambatannya, sehingga alat ukur hambatan atau daya hantar bisa dipakai menilai kualitas air tanpa uji kimia sama sekali.

Air ultramurni untuk laboratorium punya daya hambat sekitar 18 MΩ per sentimeter, sedangkan air keran biasa nilainya ribuan kali lebih kecil.

Tetapi satu peringatan harus ikut, dan ini bukan soal teori. Air yang ada di sekitar kita bukan air murni.

Air keran, air hujan, air embun, air kondensasi pada mesin, dan keringat semuanya menghantar listrik. Jadi fakta bahwa air murni adalah isolator sama sekali tidak boleh dijadikan alasan untuk merasa aman di tempat yang basah.

Kenapa Bahan Berserat Harus Kering

Modul menegaskan bahwa kayu, kertas, dan kapas hanya jadi isolator yang baik bila kering.

Penyebabnya bentuk bahannya sendiri. Serat menyerap air dan menahannya di antara rongga-rongganya, lalu air yang mengandung mineral itu melapisi serat dan membentuk jalur menerus yang bisa dilewati arus dari satu ujung ke ujung lain.

Jadi yang menghantar bukan kayunya. Yang menghantar air di dalam kayunya.

Dari sini datang satu kesalahpahaman yang berbahaya di lapangan. Tangga kayu dan gagang kayu sering dianggap aman karena kayu disebut isolator di buku, padahal kayu yang lembap setelah kehujanan atau kayu yang dipakai di ruangan basah sudah berubah sifat.

Cara mengatasinya seperti yang disebut modul, yaitu bahan berserat harus diberi perlakuan. Pilihannya merendam dalam minyak mineral, melapisi dengan ter, atau memberi pelapis anti lembap, dan ketiganya bekerja dengan cara yang sama yaitu mengisi rongga serat supaya tidak ada tempat bagi air untuk masuk.

Itu sebabnya kertas isolasi pada mesin lama selalu direndam minyak, dan itu sebabnya transformator berisi minyak bukan sekadar untuk mendinginkan.

Yang menghantar bukan seratnya, melainkan air bermineral yang mengisi celah di antaranya.

Isolator di Dalam Motor

Bagian ini perluasan di luar modul, dan di sinilah semua yang di atas berkumpul jadi satu benda kerja.

Sebuah motor berisi beberapa lapis isolasi sekaligus. Kawat belitannya sendiri sudah berlapis enamel tipis, lalu ada kertas isolasi di dalam slot stator untuk memisahkan belitan dari inti besi, lalu ada pemisah antar fasa, dan terakhir seluruh belitan dilapisi varnish yang mengisi celah serta mengikat kawatnya supaya tidak bergetar.

Varnish itu punya dua tugas yang sama pentingnya. Ia menambah kekuatan isolasi, dan ia menutup rongga supaya kelembapan tidak masuk ke dalam belitan.

Isolasi motor punya kelas yang menyatakan batas suhu kerjanya.

Kelas isolasi	Batas suhu
A	105 °C
B	130 °C
F	155 °C
H	180 °C

Kelasnya tercantum di pelat nama, dan angka itu bukan hiasan. Isolasi yang dipaksa bekerja di atas batas kelasnya tidak langsung putus, melainkan menua jauh lebih cepat, sehingga motor yang sering panas berlebih umurnya memendek tanpa pernah menunjukkan kerusakan yang kasat mata sampai akhirnya terbakar.

Sudut Pandang Workshop

Dari semua jenis kerusakan motor yang masuk ke bengkel, kegagalan isolasi adalah yang paling sering, dan kelembapan sering jadi pemicunya.

Pola yang paling khas begini. Motor disimpan lama tanpa dipakai, di tempat yang dingin dan lembap, lalu dinyalakan langsung tanpa diperiksa. Isolasinya sudah menyerap uap air selama penyimpanan, dan tegangan yang masuk mendadak menemukan jalur yang sudah melemah.

Pemeriksaan yang saya haruskan sebelum menyalakan motor simpanan cuma satu langkah. Ukur hambatan isolasi belitan terhadap badan motor dengan megger.

Patokan praktis yang saya pakai sederhana. Nilai di bawah 1 MΩ pada motor tegangan rendah adalah alasan untuk tidak menyalakannya dan mengeringkannya dulu.

Cara mengeringkannya tidak perlu alat mahal. Motor dipanaskan perlahan dengan lampu pemanas atau udara hangat, suhunya dijaga jauh di bawah batas kelas isolasinya, lalu hambatan isolasinya diukur berulang tiap beberapa jam sampai angkanya naik dan berhenti naik.

Saya pernah menyelamatkan dua motor yang sudah dinyatakan rusak oleh pemiliknya dengan cara ini. Keduanya hanya basah, bukan terbakar.

Tetapi ada juga yang sebaliknya dan itu yang bikin jera. Satu motor dinyalakan paksa tanpa diukur lebih dulu, dan belitannya langsung hubung singkat ke badan dalam hitungan detik. Yang tadinya cuma perlu dikeringkan dua hari akhirnya harus digulung ulang.

Satu catatan terakhir soal kebiasaan menyimpan. Motor cadangan di gudang saya selalu disimpan di rak, tidak di lantai, dan dijalankan singkat tanpa beban setiap beberapa bulan supaya belitannya hangat dan uap airnya keluar sendiri.

Cek Pemahaman

1. Kayu dan kertas adalah isolator yang baik hanya jika bagaimana keadaannya?
   Jawaban: kering, atau sudah direndam minyak dan ter.
2. Apa yang menghantar listrik di dalam air keran?
   Jawaban: ion dari mineral dan zat lain yang terlarut, bukan molekul airnya.
3. Kenapa air murni justru isolator?
   Jawaban: karena hampir tidak ada ion yang bisa membawa muatan.
4. Apa fungsi varnish pada belitan motor?
   Jawaban: menambah kekuatan isolasi dan menutup rongga supaya kelembapan tidak masuk.
5. Berapa batas suhu isolasi kelas F?
   Jawaban: 155 derajat Celsius.

Baca Juga

• Apa Itu Arus Listrik dan Arti Satuan Ampere
• Hambatan Listrik: Bahan, Penampang, dan Suhu
• Hukum Ohm: Rumus V = I × R dan Contoh Soalnya
• Cara Memilih Ukuran Kabel Listrik yang Tepat

Ringkasan

• Isolator adalah bahan yang elektron bebasnya sedikit sehingga sulit melewatkan arus.
• Tidak ada batas tegas antara konduktor dan isolator, yang ada hanya derajat.
• Setiap isolator akan menghantar bila tegangannya cukup tinggi untuk menembusnya.
• Contoh isolator meliputi mika, porselen, kaca, karet, udara, kertas, plastik, silikon, dan neoprena.
• Udara adalah isolator yang diandalkan lewat jarak aman antar penghantar.
• Yang menghantar di dalam air adalah ion zat terlarut, bukan molekul airnya.
• Air murni justru isolator, dan daya hambat air dipakai sebagai ukuran kemurniannya.
• Kayu, kertas, dan kapas hanya isolator selama kering atau sudah direndam minyak.
• Motor berisi beberapa lapis isolasi: enamel kawat, kertas slot, pemisah fasa, dan varnish.
• Kelas isolasi A, B, F, dan H berbatas 105, 130, 155, dan 180 derajat Celsius.

Pertanyaan yang Sering Muncul

Apa itu isolator listrik?

Isolator listrik adalah bahan yang elektron terluarnya terikat rapat pada atom masing-masing, sehingga hampir tidak ada elektron bebas yang tersedia untuk membentuk arus. Karena itu isolator sangat sulit dilewati arus listrik, meskipun tidak ada bahan yang sepenuhnya isolator karena setiap bahan akan menghantar bila tegangan yang diberikan cukup tinggi untuk menembusnya.

Apa saja contoh bahan isolator?

Contoh bahan isolator yang umum dipakai adalah mika, porselen, kaca, karet, plastik, silikon, neoprena, kertas, sutra, kapas, batu tulis, dan udara. Udara justru yang paling sering diandalkan tanpa disadari, karena jarak aman antar penghantar pada saluran udara maupun di dalam panel sebenarnya mengandalkan udara sebagai isolasinya.

Kenapa air murni tidak menghantar listrik?

Karena yang menghantar listrik di dalam air bukan molekul airnya, melainkan ion dari garam, mineral, dan zat lain yang terlarut di dalamnya. Air yang benar-benar murni hampir tidak punya ion sehingga daya hambatnya sangat tinggi, dan sifat ini dipakai sebagai ukuran kemurnian air. Namun air keran, air hujan, dan keringat semuanya tetap menghantar listrik.

Apakah kayu bisa menghantar listrik?

Kayu yang benar-benar kering adalah isolator, tetapi kayu yang lembap bisa menghantar listrik karena air bermineral mengisi rongga di antara seratnya dan membentuk jalur menerus. Jadi tangga kayu atau gagang kayu yang pernah kehujanan atau dipakai di ruangan basah tidak bisa lagi diandalkan sebagai pelindung.

Kenapa bahan isolator harus kering?

Karena air yang terserap akan melapisi serat bahan dan membentuk jalur yang bisa dilewati arus dari satu ujung ke ujung lain, sehingga bahan yang tadinya mengisolasi berubah jadi penghantar. Untuk mengatasinya, bahan berserat direndam minyak mineral, dilapisi ter, atau diberi pelapis anti lembap agar rongga seratnya terisi dan air tidak punya tempat untuk masuk.

Sumber

• TPC Training, Basic Electricity and Electronics, Course 201, Lesson 5, bagian Electric Current tentang konduktor dan isolator (modul internal Motor Academy).
• Kunci kuis modul: kayu dan kertas adalah isolator yang baik hanya jika kering.
• Daya hambat air ultramurni sekitar 18 MΩ·cm dipakai sebagai acuan praktis kemurnian air, memperjelas keterangan modul tanpa mengubahnya.
• Kelas isolasi A, B, F, dan H dengan batas 105, 130, 155, dan 180 °C mengikuti pembagian kelas suhu yang lazim pada pelat nama motor.
• Pemeriksaan hambatan isolasi dengan megger, patokan 1 MΩ, dan cara pengeringan motor simpanan berasal dari praktik bengkel servis motor listrik.