BAB I PENDAHULUAN1.1 Latar Belakang Masalah Bahan listrik mempunyai banyak bentuk media, terlihat dari bermacammacam pabrikasi yang terlihat disekeliling kita. Seorang yang mengerti tentang listrik harus mempunyai banyak pengetahuan tentang bahan-bahan listrik. Bahan listrik banyak dipakai pada berbagai macam industri serta pada sistem kelistrikan pada umumnya. Bahan listrik sudah digunakan oleh masyarakat luas untuk berbagai
macam aplikasi peralatan listrik dan harus didukung oleh keamanan peralatan serta keamanan konsumen atau pengguna. Untuk itu harus diperhatikan dalam ketepatan pemilihan bahan oleh para pengguna. Seperti kaca dan porselin yang tergolong mineral, tetapi penggunaannya tidak pada bentuk dan keadaan aliminya melainkan harus diproses terlebih dahulu dengan cara pemanasan (pembakaran), pengerasan, dan pelumeran. Kaca biasanya terbentuk apabila bahan cair yang dididnginkan dengat cepat tidak membentuk suatu kristal, dengan demikian tidak memberikan cukup masa untuk kristal tersebut terbentuk. Isolasi merupakan suatu peralatan yang digunakan sebagai pembatas dan pengaman pada peralatan listrik yang mempunyai kekuatan listrik yang cukup untuk menjamin Sistem keselamatan yang diperlukan pada saat peralatan listrik tersebut beroperasi maupun tidak beroperasi. Bahan isolasi yang digunakan dalam teknik tegangan tinggi dibedakan menjadi : bahan isolasi gas, bahan isolasi padat, bahan isolasi cair. 1.2 Rumusan Masalah Dari latar belakang di atas dapat dirumuskan masalahnya, antara lain : 1. Pengertian dari porselin,sitol, dan kaca? 2. Apa saja macam-macam kaca? 3. Bagaimana proses pembuatan kaca dan porselin? 4. Apa kelebihan dan kekurangan dari kaca dan porselin?
1
1.3 Tujuan Pembuatan Adapun tujuan dari penulisan paper ini adalah untuk mengetahui : 1. Untuk mengetahui definisi dari porselin,sitol dan kaca. 2. Untuk mengetahui jenis-jenis kaca. 3. Untuk mengetahui proses pembuatan kaca dan porselin. 4. Untuk mengetahui kelebihan dan kekurangan dari bahan kaca dan porselin. 5. Untuk memenuhi kewajiban penulis sebagai mahasiswa Teknik khususnya Teknik Elektro dalam mata kuliah Bahan Listrik.
1.4 Manfaat Pembuatan Manfaat dari pembuatan paper ini adalah diharapkan dapat digunakan sebagai acuan ataupun menjadi pertimbangan bagi industri kelistrikan di dalam merencanakan pemakaian porselin,sitol dan kaca sebagai bahan isolasi dan juga bagi mahasiswa untuk menambah pengetahuan dan wawasan tentang
pemanfaaatan bahan isolasi porselin,sitol, dan kaca.
1.5 Ruang Lingkup dan Batasan Masalah Melihat luasnya permasalahan dalam penyusunan paper ini, maka perlu dibatasi permasalahannya pada masalah pembuatan, pemanfaatan dan
karakteristik kaca sebagai bahan isolasi.
1.6 Sistematika Pembahasan Adapun sistematika pembahasan yang digunakan dalam penulisan paper ini adalah : BAB I : PENDAHULUAN Dalam bab ini menguraikan latar belakang mengenai bahan isolasi porselin,sitol dan kaca, rumusan masalah mengenai bagaimana pemanfaatan porselin ,sitol,dan kaca sebagai bahan isolasi, tujuan pembuatan, manfaat pembuatan, batasan masalah serta sistematika pembahasan.
2
BAB II
: TINJAUAN PUSTAKA Dalam bab ini memaparkan karakteristik bahan isolasi secara umum dalam bidang keteknikan.
BAB III
: METODE PEMBUATAN Dalam bab ini diuraikan tempat dan waktu penelitian, sumber data dan jenis data.
BAB IV
: PEMBAHASAN Dalam bab ini membahas tentang bahan isolasi mineral terutama porselin, sitol, dan kaca.
BAB V
: PENUTUP Dalam bab ini berisi simpulan dari pembuatan makalah yang sudah dilakukan, dan saran untuk pembaca mengenai hasil pembuatan makalah tersebut.
3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Tinjauan Umum Isolasi merupakan suatu peralatan yang digunakan sebagai pembatas dan pengaman pada peralatan listrik yang mempunyai kekuatan listrik yang cukup untuk menjamin sistem keselamatan yang diperlukan pada saat peralatan listrik tersebut beroperasi maupun tidak beroperasi. Bahan isolasi yang digunakan dalam teknik tegangan tinggi dibedakan menjadi : bahan isolasi gas, bahan isolasi padat, bahan isolasi cair. Dalam pembahasan kali ini lebih diberatkan pada jenis bahan isolasi padat atau bahan isolasi mineral. Pada dasarnya suatu bagian yang aktif dari peralatan listrik harus diisolasi sehingga mempunyai sistem keamanan dan kenyamanan. Bahan isolasi mineral (padat) didasarkan pada kemampuan bahan untuk bekerja pada suhu dan kondisi tertentu. Bahan isolasi padat meliputi bahan-bahan isolasi berserat, plastik, mika, kaca, dan porselin. Disamping itu bahan isolasi padat lainnya dapat kita temukan di sekitar kita misalnya plastik sebagai bahan isolasi buatan merupakan bahan isolasi menarik karena pemakaian bahan ini makin lama makin luas.
2.2 Tingkat Ketahanan Isolasi (Basic Impuls Insulation Level/BIL) Basic Impuls Insulation Level/BIL adalah suatu referensi level yang dinyatakan dalam impuls crest voltage dengan standar bentuk gelombang dari 1,5 mikro sekon (di USA), sehingga isolasi dari peralatan-peralatan listrik harus mempunyai karakteristik ketahanan impuls sama atau lebih tinggi dari BIL tersebut. Pemikiran tentang tingkat isolasi suatu sistem tenaga listrik pertama-tama adalah penyusunan suatu level umum isolasi pada atau di atas level tertentu, dimana hal ini akan membatasi persoalan pada tiga kebutuhan yang fundamental,
4
yaitu : 1. Pemilihan Level Isolasi yang sesuai. 2. Jaminan bahwa break down dan flash over dari semua peralatan yang di isolasi / isolator akan sama atau melebihi level yang telah dipilih. 3. Penggunaan peralatan pengaman yang akan memberikan suatu
perlindungan pada peralatan-peralatan sistem tenaga listrik dengan baik dan ekonomis. Suatu isolasi peralatan harus disesuaikan dengan tingkat ketahanan impuls sebesar tidak kurang dari BIL. Dengan sendirinya peralatan harus mampu terhadap tegangan spesifikasi baik impuls positif maupun negatif. 2.3 Koordinasi Isolasi Koordinasi isolasi dapat didefinisikan sebagai korelasi antara daya isolasi alat-alat dan sirkuit listrik disatu pihak, dan karakteristik alat-alat pelindungnya dilain pihak, sehingga isolasi tersebut terlindung dari bahaya-bahaya tegangan lebih. Koordinasi isolasi dilakukan dengan menentukan kesesuaian yang diperlukan antara daya isolasi alat-alat listrik dan karakteristik alat-alat pelindung terhadap tegangan lebih, yang masing-masing ditentukan oleh tingkat ketahanan impuls dan tingkat perlindungan impulsnya.koordinasi isolasi mempunyai tujuan untuk perlindungan terhadap peralatan dan penghematan. Beberapa sistem yang perlu diperhatikan dalam koordinasi isolasi adalah: 1 2 3 4 5 Penentuan sifat gangguan Penentuan daya isolasi petralatan seperti: isolator, bushing, dan trafo. Penentuan tegangan impuls standart. Karakteristik alat-alat pelindung seperti CB, Arrester. Penentuan tingkat isolasi impuls dasar ( BIL ) yang disingkat Basic Impuls Insulation Level. Bil ini merupakan suatu besar tegangan yang masih mampu ditahan oleh peralatan listrik, atau kemampuan peralatan listrik menahan tegangan maksimum pada saat terjadi tegangan lebih.
5
a tidak terlepas dari kekurangan misalnya rendahnya higroskopis dan tegangan tembus dari bahan ini. Untuk itu sebagian besar orang mengatasi hal tersebut yaitu bahan-bahan berserat yang akan digunakan sebagai pengisolasi perlu
diimpregnasi. Para ahli menggolongkan bahan berserat asli menjadi bahan isolasi kelas Y sedangkan jika sudah diimpregnasi menjadi kelas A.
Tabel 1.2 Klasifikasi bahan isolasi
Kelas
Bahan
Suhu kerja maks. 90 oC
Y
Katun, sutera alam, wolsintesis, rayon, serat poliamid, kertas, prespan, kayu, poliakrilat, polietilen, polivinil, karet.
A
Bahan kelas Y yang diimpregnasi dengan vernis, aspal, minyak trafo. Email yang dicampur dengan vernis dan poliamid.
105 oC
E
Email kawat yang terbuat dari: polivinil formal, poli urethan dan damar, bubuk plastik, bahan selulosa pengisi pertinaks, tekstolit, triasetat, polietilen tereftalat.
120 oC
B
Bahan anorganik (mika, fiberglas, asbes) bitumen, bakelit, poli monochloro tri fluor etilen, poli etilen tereftalat, poli karbonat, sirlak.
130 oC
F
Bahan-bahan anorganik yang diimpregnasi atau direkat dengan dengan epoksi, poliurethan, atau vernis dengan ketahanan panas yang tinggi.
155 oC
H
Mika, fiberglas, dan asbes yang diimpregnasi dengan silikon tanpa campuran bahan berserat, karet silikon, email kawat poliamid murni.
180 oC
C
Bahan-bahan anorganik tanpa diimpregnasi atau diikat dengan substansi organik yaitu: mika, mikanit tahan panas, mikaleks, gelas,keramik, teflon(politetra
Di atas 180 oC
fluoroetilen) adalah satu-satunya substansi organik.
6
BAB III METODELOGI PENULISAN
3.1 Tempat dan Waktu Penulisan Pembuatan tugas ini dilakukan di rumah Jalan Rahayu gang 2 no.3 kerobokan ,Badung pada tanggal 15 juni 2010 3.2 Sumber Data Data diperoleh melalui literatur-literatur yang berupa konsep dan aplikasi dari bahan isolasi padat (berserat) yang dikarang oleh Drs.Muhaimin, Drs Sumanto, MA serta sumber online (Internet). 3.3 Jenis Data Data yang digunakan dalam menganalisis adalah data sekunder yang berasal dari kajian pustaka dengan data-data sebagai berikut : Bahan-bahan listrik untuk Politeknik Oleh : Drs.Muhaimin Pengetahuan bahan untuk mesin dan listrik Oleh :Drs. Sumanto, MA Media internet - Http://www.ugm.ac.id/index.php?page=rilis&artikel=120 - Http;//www. wikipedia.org/wiki.com - Http://www.geocities.com/eri_j
7
BAB IV PEMBAHASAN4.1 4.1.1 Porselin Pengertian Porselin Porselin adalah bahan isolasi kelompok keramik yang sangat penting dan luas penggunaannya. Istilah bahan-bahan keramik adalah digunakan untuk semua bahan anorganik yang di bakar dengan pembakaran pada suhu tinggi dan bahan aslis berubah substansinya. 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, lubanglubangnya 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.
4.1.2
Proses Pembuatan Porselin Proses pembuatan perangkat dari porselin secara garis besar yaitu, setelah
tanah liat dibersihkan dari kotoran-kotoran misalnya kerikil, kemudian dicampur dengan air hingga homogen (tetapi tidak terlalu encer seperti bubur). Selanjutnya adalah tahap penbentukan yaitu dengan : putaran, penekanan, cetakan, dan ekstrusi.selanjutnya setelah perangkat terbentuk, dikeringkan lalu diadakan pelapisan dengan gelas (glazing) dan terakhir adalah tahap pembakaran. Perlu di ingat bahwa proses pembuatan perangkat dari keramik sejak masih basah hingga 8
selesai di bakar akan terjadi pengecilan dimensi. Sedangkan pada proses pelapisan dengan gelas dan pembakaran menentukan sekali kualitas produk. Pada pelapisan dengan gelas, kaca halus atau bahan dasar kaca ataun campuran keduanya dipanaskan hingga meleleh, kemudian digunakan melapisi perangkat yang dikehendaki dengan cara mencelupkan benda atau permukaan yang diinginkankan untuk dilapisi. Dengan pelapisan gelas seperti ini digunakan untuk memperkuat dan sekaligus menghiasi permukaan, akan menjadikan produk porselin makin sedikit kemampuannya menyerap air, mudah dibersihka, menghilangkan retakretak yang ada di permukaan. Dengan pelapisan gelas, arus bocor yang melalui permukaan isolator akan lebih kecil terutama pada keadaan basah dan sekaligus dapat menaikkan tegangan terjadinya busur api (flashover). Seperti pada
penggunan kaca bersama-sama dengan logam koevisien termal antar pelapis dan yang dilapisi harus sama. Jika gelas pelapisnya mempunyai lebih kecil dari pada yang dilapiskan akan terjadi kompresi pada waktu karena suhu yang rendah. Sedangkan jika kaca pelapis mempunyai yang lebih besar dari pada yang dilapisi pada waktu terkena suhu diatas normal pelapisnya akan retak (bentuk retaknya kecil memanjang) yang disebut crazing. Retak ini akan menurunkan kekuatan mekanik benda. Untuk pelapisan benda-benda porselin yang besar dapat dilakukan dengan menuangkan bahan pelapis pada permukaannya. Selanjutnya setelah benda itu dilapis dikeringkan dan dilakukan pembakaran. Maksud dari pembakaran adalah untuk mendapatkan kekuatan mekanik, kemampuan isolasi dan ketahanan terhadap air yang lebih tinggi. Selama pembakaran, struktur kristal dari tanah liat (bahan dasar keramik) akan berubah, air yang dikandung akan hilang. Selama pembakaran juga akan terjadi lubang-lubang kecil. Untuk menutup lubang-lubang tersebut digunakan bahan yang disebut feldpar. Feldpar selama pembakaran akan meleleh sehingga mengisi lubanag-lubang kecil yang terjadi tersebut, sekaligus berfungsi sebagai bahan penguat. Untuk pembuatan isolator porselin diperlukan suhu berkisar antara 13000 hingga 15000 C dalam jangka waktu 20 hingga 70 jam. Kenaikan suhu dari normal hingga suhu diatas adalah perlahan-lahan. Setelah mencapai suhu yang 9
diinginkan, pendinginannya dilakukan secara perlahan-lahan sebelum di keluarkan dari oven. Untuk pembakaran atau pemanasan dalam oven dapat digunakan : solar, gas, batu bara atau listrik. Cara pembakaran pada benda yang akan di buat (sebelumya dikeringkan) diletakkan dalam ruang bakar agar tidak berhubungan langsung dengan nyala api atau lilitan elemen pemanas yang digunakan pemanas listrik. Hal ini untuk menghindari pemanasan yang tidak merata dan pembentukan jelaga. Bagian-bagian dasaar dari benda tidak perlu dilapis dengan gewlas agar tidak melekat dengan dasar ruang pembakaran jika sudah dingin. Ada dua macam oven untuk pembakaran porselin yaitu jenis pemanggang (kiln) dan jenis terowongan. Pada oven jenis pemanggang proses pembakaran dan pendinginan dilakukan secara serentak untuk beberapa benda kerja. Untuk industri kecil, oven ini tepat digunakan. Oven jenis kedua yaitu jenis terowongan penampangnya seperti ditunjukkan pada Dalam oven ini benda yang dipanaskan dilewatkan melalui oven secara perlahan-lahan. Panjang oven ini dapat mencapai 100 meter , terdiri dari 3 bagian proses yaitu : daerah pemanasan, daerah pemanggang dan daerah pendinginan. Suhu tertinggi adalah di daerah tengah yaitu daerah pemamgang dan bagian pinggir lebih dingin. Dengan demikian selama perjalanan benda-benda kerja akan terjadi pemanasan dan pendinginan secara bertahap dan perlahanlahan. Karena pada oven jenis terowongan ada bagian yang selalu begerak (untuk menempatkan benda kerja) maka pemanasan terhadap benda kerja adalah terus menerus, demikian pula pengambilan bagi benda kerja yang selesai dipanasi tidak perlu memadamkan oven. Pengecilan yang terjadi selama proses pembuatan benda porselin dari keadaan basah hingga pembakaran adalah sebesar 20%. Karena itu untuk pembuatan benda porselin pada waktu pwaktu mentah harus lebih besar dari ukuran akhir yang dikehendaki. Namun pada prakteknya sulit didapat ukuran yang presisi, karena hal ini dipengaruhi komposisi bahan dan kondisi pembakarannya. Umumnya produk-produk porselin toleransi yang masih dapat ditolerir berkisar antara 2 hingga 5%. Benda-benda porselin disarankan
10
tidak disambung dengan menggunakan sekrup tetapi untuk menyambungnya menggunakan lem, semen atau diikat dengan logam.
4.1.3
Sifat-Sifat Porselin Sifat-sifat poselin adalah sebagai berikut : 1. Massa jenis berkisar antara 2,3 hingga 2,5 g/cm3 2. Koefisien muai panjang () 3 . 10-6 hingga 4,5 . 10-6 per 0C. Hal ini perlu mendapatkan perhatian jika dilem dengan semen atau diikat dengan logam, karena semen = 11 . 10-6 per 0C, baja = 14 . 10-6 per 0C. 3. Kekuatan tekan porselin adalah 4000 hingga 6000 kg/cm2. 4. Kekuatan tarik 300 hingga 500 kg/cm2 untuk yang menggunakan pelapis, 200 hingga 300 kg/cm2 yang tanpa pelapis. 5. Kekuatan tekuk 80 hingga 100 kg/cm2. Porselin lebih regas daripada kaca. Sifat kelistrikan porselin antara lain : 1. Tegangan tembus berkisar antara 10 hingga 30 kV/mm. 2. Resistifitas 1011 hingga 1014 cm. 3. Permitifitas () berkisar antara 6 hingga 7, tan 0,015 hingga 0,02. 4. Sudut kerugian dielektrik akan naik jika suhu dinaikkan. Penggunaan isolator pada tegangan tinggi, yang juga harus menjadikan
pertimbangan adalah tegangan pelepasan (discharge-voltage)nya. Tegangan pelepasan adalah tegangan yang dikenakan pada isolator yang menyebabkan mengalirnya arus listrik melalui permukaan di antara elektroda-elektroda. Dalam banyak kasus, pelepasan ini menyebabkan busur api pada permukaan isolator. Busur api ini dapat terjadi pada keadaan kering maupun basah (curah hujan 4,5 hingga 5,5 mm/menit). Pada pengujian busur api dilaboratorium kondisi ini dapat diciptakan, untuk mengetahui kelayakan suatu isolator digunakan dilapangan. Isolator gantung atau isolator tarik pada tegangan tinggi (bentuknya seperti cakram) pada bagian bawahnya dibuat berlekuk-lekuk agar air hujan tidak merambat
11
melaluinya. Banyak isolator gantung atau isolator tarik tergantung besarnya tegangan yang diisolasi. Contoh : untuk tegangan 110 kV diperlukan 10 hingga 12 isolator, sedangkan untuk 400 kV terdiri dari 20 hingga 24 isolator. Hubungan atau kolerasi antara besarnya tegangan kerja dengan banyaknya isolator yang diperlukan.
Kelebihan dan Kekurangan Porselin 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. Namun, ada pula kekurangan dari isolator porselin/keramik yaitu: 1. Mudah pecah, isolator porselin rentan pecah pada saat dibawa maupun saat instalasi. Vandalisme merupakan faktor utama 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.
12
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.
4.2 4.2.1
Sitol Pengertian Sitol Sitol mempunyai bahan dasar kaca yang merupakan pengembangan baru.
Struktur dan sifat-sifatnya berada diantara kaca dan keramik. Pemakaian sitol adalah sangat luas, struktur dan sifat-sifatnya adalah diantara kaca dan keramik. Sitol juga disebut keramik-kaca atau kaca-kristal. Yang banyak dijumpai di pasaran antara lain : pyroceram, vitoceram. Sitol mempunyai stuktur kristal yang halus (hal ini yang membedakannya dengan kaca biasa) tetapi berongga. Tidak seperti halnya keramik biasa, sitol tidak dibuat dengan pembakaran tetapi cenderung dengan fusi dari bahan-bahan mentahnya dengan menjadikannya meleleh dan kemudian kristalisasi. Agar bahan ini mempunyai ketahanan terhadap suhu dan kelistrikan lebih baik maka pelu bahan tambahan yaitu : Fe S, Ti O2, alkali fluorida, alkali fosfat dan logam-logam alkali tanah.
13
Sitol mempunyai sifat mekanis yang tinggi, yang rendah sehingga tahan terhadap suhu yang rendah dan perubahan suhu yang mendadak. Permitifitas relatif (r) berkisar antara 5 sampai 6, tan pada frekwensi 1 MHz, sekitar 0,01 dan pada 10.000 MHz sekitar 0,001.
4.3 4.3.1
Kaca Pengertian Kaca Kaca merupakan bahan lutsinar, kuat, tahan hakis, lengai, dan secara
biologi merupakan bahan yang tidak aktif, yang boleh dibentuk menjadi permukaan yang tahan dan licin. Ciri-ciri ini menjadikan kaca sebagai bahan yang sangat berguna. Komponen utama kaca ialah silika. Silika ialah galian yang mengandungi silikon dioksida. Nama IUPAC silikon dioksida ialah silikon(IV) oksida. Silika wujud secara semulajadi dalam pasir.Kaca merupakan bahan pejal sekata, biasanya terbentuk apabila bahan cair tidak berkristal disejukkan dengan cepat, dengan itu tidak memberikan cukup masa untuk jaringan kekisi kristal biasa terbentuk. Selain itu kaca adalah substansi yang dibuat dengan pendinginan bahan bahan yang dilelehkan, tidak berbentuk kristal tetapi tetap pada kondisi berongga. Kaca pada umumnya terdiri dari campuran silikat dan beberapa senyawa antara lain : borat, pospat. Kaca dibuat dengan cara melelehkan beberapa senyawa silikat (pasir), alkali (Na dan K) dengan bahan lain (kapur, oksida timah hitam). Karena itu sifat dari kaca tergantung dari komposisi bahanbahan pembentuknya. Massa jenis kaca berkisar antara 2 hingga 8,1 g/cm3, kekuatan tekannya 6000 hingga 21000 kg/cm2, kekutan tariknya 1 hingga 300 kg/cm2. Karena kekuatan tariknya relatife kecil, maka kaca adalah bahan yang regas. Walaupun kaca adalah substansi berongga, tetapi tidak mempunyai titik leleh yang tegas, karena pelelehannya adalah perlahan-lahan ketika suhu pemanasan dinaikkan. Titik pelembekan kaca berkisar antara 500 hingga 17000 C. Makin sedikit kandungan SiO2 makin rendah titik pelembekan kaca. Demikian pula halnya dengan muai panjang () nya, makin banyak kadar SiO2 yang dikandungnya akan makin kecil nya. Muai panjang untuk kaca berkisar antara 5,5. 10-7 hingga 150. 10-7 per 14
derajat celcius. Nilai dari angka muai panjang adalah sangat penting bagi suatu kaca dalam hubungannya dengan kemampuan kaca menahan perubahan suhu. Piranti dari kaca yang dipanaskan atau didinginkan secara tiba-tiba akan
meregang. Hal ini disebabkan distribusi suhu yang tidak merata pada lapisan luarnya dan keadaan tersebut menyebabkan piranti retak. Jika kekuatan tarik piranti kaca lebih rendah dari kekuatan tekannya, maka pendinginan yang mendadak pada permukaannya akan lebih memungkinkan terjadinya keretakan dibandingakan dengan pemanasan yang tiba-tiba. Kaca silika jenis jenis Red-Hot akan lebih aman dalam hal pendingan atau pemanasan tiba-tiba karena kaca jenis ini mempunyai yang sangat rendah. Piranti kaca yang dindingnya tipis, ketahanannya terhadap perubahan panas mendadak lebih baik dibandingkan dengan piranti kaca yang dindingnya tebal. Hal ini karena dipengaruhi faktor kerataan pemuaian permukaan kaca bagian luar dan dalam dinding piranti adalah tidak sama. Kaca yang digunakan untuk suatu perangkat dan pada perangkat tersebut terdapat juga logam, misalnya : lampu pijar, tabung sinar katode,; maka nilai nya harus disesuaikan, yaitu harus rendah karena selalu bekerja pada suhu yang cukup tinggi. Dengan demikian maka tidak terjadi keretakan di bagian kacanya pada waktu perangkat tersebut digunakan. Kemampuan larut kaca terhadap bahan lain akan bertambah sesuai dengan kenaikkan suhunya. Kaca yang mempunyai kekuatan hidrolik rendah ketahanan permukaannyapada media yang lembab adalah kecil. Kaca silika mempunyai ketahanan hidrolik paling tinggi. Kekuatan hidrolik akan sangat berkurang jika kaca diberi alkali. Pada kenyataannya kaca silika adalah tidak peka terhadap asam kecuali asam fluorida. Pada pabrikasi kaca, asam fluorida digunakan untuk membuat kaca embun. Pada umumnya kaca tidak stabil terhadap pengaruh alkali. Sifat-sifat elektris dari kaca dipengaruhi oleh komposisi dari kaca itu sendiri. Kaca yang digunakan untuk teknik listrik pada suhu normal diperlukan syarat-syarat antara lain : resitifitas berkisar antara 108 hingga 1017 -cm, permitivitas relatif r berkisar antara 3,8 hingga 16,2, kerugian sudut dielektriknya 0,003 hingga0.01, tegangan break-down 25 hingga 50 kV/mm.
15
Kaca silika mempunyai sifat kelistrikan yang paling baik. Pada suhu kamar besarnya resitivitas adalah 107 -cm, r 3,8 dan sudut dielektriknya pada 1 MHZ adalah 0,0003. Jika kaca silika ditambahkan natrium atau kalium, maka resitivitasnya akan turun,sudut dielektriknya naik sedikit. Sering kali oksida logam alkali ditambahkan pada pembuatan kaca dengan maksud agar sifat-sifat kaca menjadi lebih baik. Oksida oksida tersebut dimasukkan ke dalam kaca sebagai pemurnian bahan-bahan mentah. Keberadaan natrium dalam kaca adalah lebih tidak menguntungkan dari kalium. Karena ion Na adalah sangat kecil
ukurannya dan sangat mudah bergerak di dalam medan listrik. Itulah sebabnya mengapa Na dapat menambah konduktifitas kaca. Kaca yang mengandung oksidaoksida 2 logam alkali yang berbeda dimungkinkan mempunyai sifat isolasi yang lebih tinggi dibandingkan jika kuantitas oksidanya hanya mengandung 1 bagian dari kuantitas oksida 2 logam (efek netralisasi atau polialkalin). Kemampuan isolasi kaca juga dapat lebih baik jika ditambah PbO atau BaO.
4.3.2
Proses Pembuatan Kaca Kaca merupakan bahan kuat, tahan panas, keras, dan secara biologi
merupakan bahan yang tidak aktif, yang dapat dibentuk menjadi permukaan yang tahan dan licin. Ciri-ciri ini menjadikan kaca sebagai bahan yang sangat berguna. Komponen utama kaca ialah silika. Silika ialah galian yang mengandungi silikon dioksida. Nama IUPAC silikon dioksida ialah silikon(IV) oksida. Wujud silika awalnya adalah pasir, yaitu pasir silika. kaca merupakan substansi kimia yang serupa dengan kuarsa. Silika mempunyai titik lebur sekitar 2000 derajat celsius. Dua komponen penting dalam pembuatan kaca yang baik adalah mencampurkan soda (sodium karbonat Na2CO3), atau potasy dengan kalium karbonat, yang dapat menurunkan titik lebur kaca menjadi sekitar 1000 derajat celsius. Bahan soda menjadikan kaca larut, sedangkan kapur (kalsium oksida, CaO) adalah bahan yang menyebabkan kaca sukar larut. Silikon(IV) oksida ialah molekul kovalen raksasa. Oleh karena itu, silikon (IV) oksida dapat digunakan untuk mengatasi setiap ikatan kovalen antara atom dalam struktur raksasa. Maka, silikon(IV) oksida mempunyai titik lebur yang sangat tinggi, yaitu
16
1710 derajat Celcius. Pada silikon(IV) oksida, setiap atom silikon diikat secara kovalen kepada 4 atom oksigen dalam bentuk tetrahedron dengan sudut antara ikatan 109.5 . Unit itu diulangi secara tidak terhingga dengan tiap atom oksigen terikat pada 2 atom silikon untuk membentuk molekul kovalen raksasa seperti struktur berlian. Kaca merupakan bahan yang terbentuk apabila bahan cair tidak berkristal disejukkan dengan cepat, dengan itu tidak memberikan cukup masa untuk jaringan kristal bisa terbentuk.Terdapat 2 macam kaca silika yaitu : kaca silika bening dan kaca silika tidak bening tetapi tembus cahaya (translucent). Kaca silika bening mempunyai sifat yang lebih baik daripada kaca silika tidak bening. Pada kaca silika yang tidak bening terdapat gelembung-gelembung udara di dalamnya. Hal ini dapat dimaklumi, karena proses pembuatan kaca silika bening lebih sulit daripada kaca silika tidak bening. Jika kristal kuarsa dalam jumlah besar diperlukan, bisa digunakan pasir kuarsa biasa (pasir kali). Massa jenis kaca kuarsa adalah 2,2 g/cm3.
4.3.3Macam-Macam Kaca Kebanyakan kaca silika yang digunakan di dalam keteknikan mempunyai berbagai substansi yang ditambahkan ke SiO2, sehingga membuatnya lebih mudah direkayasa, tetapi titik fusinya menjadi lebih rendah. Kaca-silika di dalam keteknikan diklasifikasikan menjadi 3 kelompok yaitu : 1. Kaca alkali tanpa oksida berat. Kaca ini mempunyai titik lebur yang agak rendah. Pemakaiannya antara lain untuk : botol, kaca jendela 2. Kaca alkali yang mengandung oksida berat Kaca ini mempunyai sifat kelistrikan yang tinggi dibandingkan dengan kaca alkali kelompok 1. Kaca flint ditambah dengan PbO atau kaca crown ditambah dengan BaO digunakan sebagai kaca optik. Kaca khusus untuk bahan dielektrik kapasitoradalah kaca flint yang disebut minos. Di antara kaca-kaca crown terdapat jenis yang disebut pireks. Pireks mempunyai koefisien thermal 33. 10-7 per oC dan mampu menahan perubahan suhu yang mendadak.
17
3. Kaca non alkali Penggunaan kaca ini adalah sebagai kaca optik dan bahan isolasi listrik. Beberapa jenis kaca dari kelompok ini mempunyai titik pelunakan yang sangat tinggi.
4.3.4 Pemanfaatan Kaca Pemakaian kaca pada keteknikan antara lain : 1. Pembuatan bola lampu, tabung elektronik, penyangga filamen Titik pelunakan kaca ini tidak terlalu tinggi, muai panjangnya hendaknya dibuat mendekati muai panjang logam maupun paduannya yang disangga. Logam dimaksud adalah : wolfram, molibdenum 2.. Untuk bahan dielektrik pada kapasitor Minos adalah salah stu jenis kacapermeabilitas relatif tinggi yaitu 7,5, sudut kerugian dielektrik (tan ) kecil pada frekuensi 1MHz, suhu 20oC, tan = 0.0009 pada frekuensi 1MHz, suhu 200oC, tan = 0,0012. Kaca minos mempunyai = 8,2 . 107 per oC. massa jenis 3,6 g/cm3. 3. Untuk membuat berbagai isolator Misalnya : isolator penyangga, isolator antena, isolator len, dan isolator bushing. Untuk penggunaan ini, selain sifat kelistrikan yang baik juga dituntut mempunyai kekuatan mekanis yang tinggi, tahan terhadap perubahan suhuyang mendadak, dan tahan terhadap pengaruh kimia. Jenis kaca yang digunakan untuk keperluan ini antara lain : kaca silika, pireks kalium-natrium. 4. Pelapisan logam Salah satu jenis kaca adalah enamel (bukan enamel vernis). Enamel dalam hal ini dapat digunakan untuk pelapisan logam atau benda lain sejenisnya, misalnya : dudukan lampu, reflektor, barang-barang dekoratif ; yang tujuannya untuk mendapatkan permukaan yang lebih bagus. Enamel juga dapat digunakan sebagai isolasi listrik yaitu untuk melapisi resistor tabung (kawat yang dililitkan pada tabung tersebut adalah resistor antara lain : nikrom, konstantan). Dalam hal ini enamel 18
dileburkan dan kemudian tabung keramik yang sudah dililiti kawat tersebut dicelupkan sehingga sela-sela di antara lilitan diisi enamel. Tujuannya di samping untuk mengisolasi lilitan, juga melindungi lilitan terhadap uap, debu, dan oksidasi udarapada suhu kerja yang tinggi. Enamel dipabrikasi dengan meleburkan komponen-komponennya yang halus, kemudian dituangkan sedikit demi sedikit dalam keadaan meleleh ke dalam air yang dingin hingga membentuk seperti bola, selanjutnya dihaluskan menjadi bubuk. Pemakaian enamel untuk pelapisan dapat dilakukan dengan cara kering maupun basah. Pada pelapisan kering, perangkat yang akan dilapisi dipanasi hingga suhu tertentu kemudian dimasukkan ke dalam bubuk enamel. Dengan demikian maka bubuk di sekelilingnya akan meleleh dan melapisi perangkat tersebut. Proses ini diulang berkali-kali hingga diperoleh ketebalan lapisan yang diinginkan. Pada pelapisan basah, mula-mula enamel diaduk dengan air sehingga menjadi bubur enamel yang digunakan untuk melapisi perangkat yang dimaksud. Selanjutnya perangkat yang sudah dilapis tersebut dikeringkan, lalu dipanaskan dengan oven sehingga enamel meleleh dan dengan demikian melapisi perangkat. Untuk keperluan pelapisan ini, koefisien muai panjang enamel harus diusahakan sama dengan muai panjang perangkat yang dilapisi. Komponen elamen untuk pelapisan resistor tabung(kaca boron-timah hitam dengan mangan peroksida) adalah sangat sederhana yaitu : 27% PbO, 70% H3BO3 dan 3% MnO2. Titik lebur enamel 600oC. Enamel akan hilang warnanya dan sebagian akan melarut jika direndam dalam air dalam waktu yang lama. Untuk menambah ketahanan enamel terhadap air dan panas biasanya ditambahkan pasir kuarsa. Sedangkan Untuk menambahkan kemampuan lekatnya enamel yang digunakan untuk melapis baja atau besi tulang, ditambah Ni dan Co.
19
BAB V PENUTUP
5.1 Simpulan Dari pembahasan di atas dapat kami tarik kesimpulan yaitu: 1. Bahan isolasi porselin, sitol, dan kaca dapat digunakan dalam berbagai keperluan isolasi listrik. 2. Porselin, sitol, dan kaca sangat cocok dan aman dalam penggunaannya karena dari karakteristiknya akan tahan terhadap panas
5.2 Saran Adapun saran yang dapat diberikan dari pembahasan diatas antara lain: 1. Diperlukan studi analisa pengaruh alam pada bahan isolasi porselin, sitol, dan kaca, dan pengaruhnya terhadap arus listrik. 2. Setiap pengguna dari bahan isolasi padat (mineral) harus mempunyai pengetahuan karakteristik bahan dan pengetahuan akan pemakaiaanya.
20
DAFTAR PUSTAKA1. Bahan-Bahan Listrik Untuk Politeknik, PT Pradnya Paramita, 1993, Drs. Muhaimin. 2. Pengetahuan Bahan Untuk Mesin Dan Listrik, Andi Offset Yogyakarta, 1944, Drs. Sumanto, MA. 3. Maryati Doloksaribu : pembuatan keramik porselin sebagai bahan isolator Listrik dan karakteristiknya, 2005 USU Repository @ 2006 4. Http://www.ugm.ac.id/index.php?page=rilis&artikel=120 5. Http;//www. wikipedia.org/wiki.com 6. Http://www.geocities.com/eri_j
21
