BAB 5

BAHAN ISOLASI MINERAL

Bahan-bahan isolasi yang dimaksudkan di sini adalah bahan-bahan yang diperoleh dari tambang dan digunakan sebagai isolasi pada ikatan kimia atau keadaan alaminya tanpa proses kimia atau termal sebelumnya. Pada bab ini akan dibahas bahan-bahan isolasi mineral : mika, mikanit serta beberapa bahan isolasi mineral lainnya.

5.1. Mika

Mika adalah salah satu bahan isolasi mineral yang Sangay penting karena mempunyai rtesistansi serta kekuatan mekanik yang tinggi, tahan panas dan tahan terhadap pengaruh uap air disamping mempunyai elastisitas yang bagus. Mika digunakan sebagai isolasi pada mesin-mesin besar dengan tegangan kerja yang tinggi, misalnya : generador turbo, generador hidro pada pembangkit, motor-motor traksi, juga dapat digunakan untuk kaca penjenguk pada tungku-tungku untuk melihat bagian dalam dari tungku.

Mika hdala mineral dengan cristal monoklin yaitu cristal yang sumbu-sumbu ruangnya (x,y,z) sama panjang, 2 sudut antara sumbu-sumbu sama yaitu 900. Terdapat beberapa macam mika, diantaranya mika yang umum dijumpai adalah Muscovit dengan humus nimia (K2O, 3 Al2O3, 6SiO2, 2H2O) dan flogopit (K2O, 6MgO, Al2O3, 6SiO2, 2H2O). Unsur dari mika jenis lain mungkin: besi, natrium atau kalsium.

Sifat pengisolasian dari muskovit adalah lebih baik dibandingkan dengan flogopit. Demikian pula dengan sifat mekanisnya. Perbandingan dari keduanya dapat dilihat pada tabel 5.1.

Tabel 5.1. Perbandingan sifat kelistrikan Muskovit dengan flogopit

Jenis MikaResistivitas (ohm.cm)Tan .104 f= 50 Hz

Muskovit

Flogopit1014 hingga 10161013 hingga 1014

150

500

Kurva tegangan tembus sebagai fungsi ketebalan dari muskovit dan flogopit dapat dilihat pada gambar 5.1.Gambar 5.1. Tegangan tembus sebagai fungsi ketebalan pada muskovitTegangan tembus dari muskovit adalah bertambah untuk ketebalan yang lebih tipis (ketebalan berkurang). Dengan kata lain tegangan tembus dari mika jenis muskovit adalah tidak berbanding lurus dengan ketebalannya. Permitivitas mika adalah 5 hingga 10. Siat-sifat pengisolasian mika searah panjangya adalah makin rendah dibanding dengan kearah melintangnya. Sebagai contoh :resistivitas volume paling rendah adalah 109 ohm-cm, sedangkan tan naik hingga 0,1. Muskovit mempunyai ketahanan abrasi yang lebih tinggi dibandingkan dengan flogopit. Sifat ini penting untuk menentukan pemilihan bahan isolasi bagian-bagian yang bergerak misalnya komutator. Sebagai gambaran untuk komutator yang menggunakan isolasi muskovit diantara lamel-lamelnya, justru lamelnya akan lebih dahulu aus dibandingkan isolasinya setelah terkena sikat arang selama pemakaian. Sedangkan pemakaian flogopit untuk hal yang sama, tingkat keausannya relatif sama dengan tingkat keausan lamelnya, dengan demikian pada pemakaian keduan bahan isolasi untuk contoh di atas akan mempunyai hubungan yang erat dengan jangka waktu perawatan terhadap komutatornya.

Pada suhu yang tinggi (diatas batas suhu kerja) komposisi air yang terkandung di dalam mika akan menguap sehingga sifat mekanis dan elektrisnya berubah. Pada suhu 12500 hingga 13000C susunan krsital mika berubah sama sekali dan mulai meleleh. Suhu sampai terjadi penguapan (dehidrasi) pada muskovit adalah 5000 hingga 6000C, sedangkan untuk flogopit adalah 8000 hingga 9000C. Untuk itu maka flogopit banyak digunakan pada peralatan rumah tangga misalnya penyekat pemanggang, seterika dan sebagainya.Jenis-jenis flogopit yang banyak mengandung air (hydrated flogopite) adalah agak lunak dan kemampuan isolasinya lebih rendah. Flogopit jenis ini mulai menunjukkan gejala kerusakan pada suhu 1500 hingga 2500C.

Mika biasanya diperoleh secara alamiah bersama-sama dengan mineral lainnya seperti kuarsa. Sering juga ditemukan sebagai jalur sepanjang 2 sentimeter hingga beberapa meter pada pegmatit. Pegmatit adalah merupakan sumber bahan yang murah untuk pembuatan muskovit komersial. Setelah diadakan penambangan, mika mentah ditingkatkan kualitasnya, dipotong dan dibersihkan dari bahan ikatan lainnya. Selanjutnya dibentuk menjadi lembaran-lembaran yang sesuai dengan standar masing-masing negara penghasil, misalnya: empat persegi panjang dengan perbandingan panjang dan lebarnya 1:1 hingga 1:3 dengan luas tertentu yang umumnya di bawah 1 m2. Ketebalan standar 0,01 hingga 0,03 mm. Kandungan besi oksida atau mineral lainnya di dalam mika disebut spot dan ini menyebabkan berkurangnya kemampuan isolasi mika. Bahan fluoroflogopit sintetis adalah bahan cadangan yang digunakan untuk menggantikan bahan mika alami. Bahan ini didapat dengan melelehkan jenis mika khusus di dalam dapur tinggi pada suhu tinggi sehingga mika tersebut lumer yang selanjutnya dikristalisasi.5.2. Mikanit

Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa mika adalah bahan isolasi yang kemampuan isolasinya tinggi dapat diperoleh dari tambang dengan jumlah besar denagn ukuran atau dimensi yang terbatas. Sedangkan alat-alat listrik ukurannya adalah bervariasi. Untuk keperluan ini dibuat mikanit yaitu mika yang diikat dengan sirlak atau gliptal sehingga ukurannya dapat dibuat sesuai dengan yang dikehendaki. Seringkali pada salah satu sisi mikanit dilapis dengan kertas atau kain dengan tujuan mendapatkan kekuatan mekanis yang lebih tinggi atau untuk menjaga agar tidak terjadi keretakan ketika dibengkokkan.Beberapa mikanit sesuai dengan penggunaannya dibahas di bawah ini.

a. Mikanit Komutator

Mikanit ini digunakan untuk bahan isolasi antara lamel-lamel pada komutator mesin dc. Mikanit komutator mengandung bahan pengikat maksimum 4%, mempunyai massa jenis 2,4 hingga 2,6 gram/cm3. Secara mekanis mikanit ini adalah kuat karena pada waktu pengerjaannya digunakan tekanan tinggi, mengandung sedikit resin, tahan aus walaupun mendapat tekanan yang tinggi dan suhu kerjanya hingga 1800C. Hal ini menjadi dasar pertimbangan sehingga mikanit ini tepat untuk penyekat lamel-lamel komutator. Kontraksi mikanit pada suhu 200C tidak lebih dari 9% dengan tekanan hingga 600 kg/cm2.

b. Mikanit Lempengan

Lempeng mikanit diproduksi dari muskovit atau flogopit atau dari paduan keduanya dengan bahan pengikat sirlak atau gliptal. Untuk keperluan pembauatan lempengan tersebut kandungan mikanya dibuat 75 hingga 85% sedangkan bahan pengikatnya adalah berkisar 15 hingga 25%. Dalam hal ini lempengan diperlukan untuk isolasi yang tidak memerlukan bengkokan. Baik mikanit komutator maupun mikanit lempengan adalah tergolong mikanit keras.c. Mikanit Cetakan

Mikanit dibuat berbagai bentuk sesuai dengan keperluan. Cara pembentukannya adalah dengan dipanasi kemudian dicetak sebelum didinginkan. Penggunaannya antara lain: pengisolasi antara poros dengan komutator, antara poros dengan intirotor. Mikanit cetakan dipabrikasi dengan ketebalan 0,1 hingga 0,5 mm dengan bahan pengikat sirlak atau gliptal dengan komposisi bahan pengikat 8 hingga 25% dan sisanya hdala mikanya.

d. Kertas Mika

Ini adalah satu jenis dari mikanit cetakan. Salah satu sisinya dilapisi dengan kertas setebal 0,05 hingga 0,06 mm. Penggunaannya adalah untuk membuat isolasi yang keras pada belitan jangkar mesin tegangan tinggi. Kertas mika dibuat dari muskovit atau flogopit dengan bahan pengikat sirlak atau resin sintetis. Kertas mika dipabrikasi dengan bentuk gulungan selebar 0,4 meter dan dengan tebal 0,15 hingga 0,3 mm.e. Mikanit Fleksibel

Mikanit jenis ini pada suhu kamar dapat dibengkokkan tanpa pemanasan lagi, penggunaannya antara lain adalah untuk penyekat fleksibel, isolasi alur pada mesin listrik. Mikanit fleksibel diproduksi dalam bentuk lempengan dengan ketebalan 0,15 hingga 0,6 mm, terbuat dari muskovit atau flogopit yang dilapisi dengan minyak vernis bitumen atau dilapisi dengan minyak vernis gliptal. Disamping itu ada pula mikanit fleksibel yang di kedua sisinya dilapis kertas dengan ketebalan 0,2 hingga 0,5 mm. Komposisi mika pada mikanit ini yang tanpa pelapis kertas adalah 75 hingga 90% sedangkan yang dilapisi kertas mengandung mika sekitar 50%.f. Pita Mika

ini adalah salah satu macam dari mikanit fleksibel. Pita mika ini dibuat lembaran-lembaran yang relatif besar, kemudian dipotong-potong dengan ukuran lebar tertentu dan digulung. Pita mika dibuat dari muskovit atau flogopit dilapisi vernis baik vernis hitam atau vernis jernih. Pita mika diberi warna cerah mempunyai ketahanan terhadap panas yang lebih tinggi, penggunaannya terutama untuk isolasi belitan rotor pada generator turbo. Karena itu seringkali pita mika disebut pita mika rotor. Kadang-kadang ada pula pita mika yang dilapisi dengan sutera atau kain kaca. Proses pemotongan lembaran mika menjadi pita ditunjukkan pada gambar 5.2. Pertama kali mika digulung pada pengulung 1 kemudian dilewatkan penggulung yang lebih halus yaitu 2, dipotong dengan pisau 3 dan terakhir digulung pada penggulung 4. Pisau 3 ada 2 macam yaitu pisau cakram dan pisau silindris.Gambar 5.2. Diagram pemotongan lembaran menjadi pita mika

Ada pula salah satu jenis mika yang disebut samika. Garis besar pemrosesannya adalah sebagai berikut : scrap mika dipanaskan hingga suhu 8000C, setelah itu direndam ke dalam larutan soda dan selanjutnya dimurnikan dengan asam chlorida atau asam sulfat encer. Selanjutnya mika yang sudah melar (mengembang) bersama-sama dengan airnya diangkat dijadikan bubur untuk kemudian dijadikan kertas mika tebal dan kemudian dipabrikasi dengan mesin pembuat kertas mika. Hasilnya disebut kertas slyudinit atau kertas samika. Kertas samika diperoleh dengan memasukkan beberapa macam pengikat ke dalam bubur mika. Dalam banyak hal, bahan ini dapat menggantikan fungsi dari mikanit, kertas mika dan pita mika. Dari pembahasan di atas yang perlu diingat adalah penggunaan bahan pengikat dari bahan organik. Karena mika tergolong bahan isolasi kelas C dan H, maka bahan pengikat maupun pelapisnya hendaknya sesuai dengan kelas mika. Kecuali jika penggunaannya pada suhu di bawah suhu kerja mika. Pada pabrikasi, senyawa amonium pospat atau kaca biasanya digunakan sebagai bahan pengikat mekanit yang digunakan pada suhu tinggi. Mengingat tingginya biaya pembuatan mika termasuk dihasilkannya limbah yang besar dalam pembuatan mikanit, maka perlu dicari jalan keluar untuk membuat bahan isolasi mika sintetis.5.3. Bahan Isolasi Mineral Lain

Beberapa bahan isolasi mineral lain disamping mika yaitu : marmer, batu tulis, dan klorida padat yang penggunaannya sebagai isolator pada papan hubung bagi (PHB)

a. Marmer

Marmer mempunyai ikatan kimia seperti halnya batu kapur yaitu CaCo3, tetapi sifat fisiknya berbeda. Marmer lebih keras daripada kapur dan dapat dipoles hingga mengkilap. Marmer dapat ditambang dari tanah dalam bentuk lempengan-lempengan tebal kemudian dipotong-potong sesuai dengan ukuran dan bentuk yang dikehendaki, selanjutnya dipoles. Proses pemolesan permukaan marmer adalah bertahap yaitu : pertama dipoles dengan cakram karborundum, kemudian dengan batu asah dan terakhir menggunakan cakram berlapis kain pemoles dan bubuk hijau (chronium oksida) sebagai bahan tambahan pada pemolesan terakhir. Marmer mempunyai massa jenis paling rendah 2,6 g/cm3, makin tinggi kepadatannya makin tinggi massa jenisnya, makin kecil kristalnya, makin tidak higroskopis dan makin baik hasilnya jika dipoles. Untuk mendapatkan marmer yang kemampuan listriknya makin baik, marmer perlu diimpregnasi dengan parafin, polistirin, bitumen, minyak dan sebagainya. Marmer sifatnya regas dan sensitif terhadap asam. Warna yang alami dari marmer adalah putih atau abu-abu atau kuning atau kemerah-merahan. Kalau dipanasi pada suhu tinggi kemudian didinginkan mendadak marmer akan retak.

b Batutulis

Warnanya abu-abu kehitam-hitaman, strukturnya berlapis-lapis sehingga dapat dibentuk sebagai papan (sepanjang lapisannya) dengan menggunakan palu dan pahat serta pengasah. Penggunaannya seperti halnya marmer yaitu pada panel PHB. Batutulis lebih mudah pecah dibandingkan marmer, tidak dapat dipoles, sifat kelistrikan dan higrokopisitasnya dibawah marmer. Namun demikian tahan terhadap asam dan panas, Massa jenisnya adalah berkisar antara 2,7 hingga 2,8 g/cm3.c. Klorida

Bahan ini warnanya abu-abu yang mempunyai sifat kelistrikan dan kekuatan mekanis di bawah batutulis. Karena itu mudah dipotong, digergaji, dan dibor. Klorida padat sangat higroskopis. Jika akan digunakan sebagai isolator harus terlebih dahulu diimpregnasi dengan resin misalnya: bakleit yang dicairkan, agar sifat kelistrikannya serta kekuatan mekanisnya naik serta higroskopisitasnya menurun.KACA DAN PORSELIN

Kaca dan porselin adalah tergolong bahan mineral, tetapi penggunannya tidak pada bentuk atau keadaan alaminya melainkan harus diproses terlebih dahulu dengan pemanasan (pembakaran), pengerasan, dan pelumeran. Itulah sebabnya maka pembahasannya dipisahkan dengan pembahasan bahan mineral pada bab sebelumnya.

6.1. Kaca

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 bahan-bahan pembentuknya tersebut. Massa jenis kaca berkisar antara 2 hingga 8,1 g/cm3, kekuatan tekannya 6000 hingga 21000 kg/cm2, kekuatan tariknya 100 hingga 300 kg/cm2. Karena kekuatan tariknya relatif kecil, maka kaca adalah bahan yang regas.

Walaupun kaca merupakan 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 17000C. Makin sedikit kandungan SiO2 nya makin rendah titik pelembekan suatu 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 perderajat 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 tidak merata pada lapisan luarnya dan keadaan tersebut menyebabkan retaknya piranti. Jika kekuatan tarik dari piranti kaca lebih rendah daripada kekuatan tekannya, maka pendinginan yang mendadak pada permukaannya akan lebih memungkinkan terjadinya keretakan dibandingkan dengan pemanasan tiba-tiba. Kaca silika jenis Red Hot akan lebih aman dalam hal pendinginan 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 kenaikan suhunya. Kaca yang mempunyai kekuatan hidrolitik rendah ketahanan permukaannya pada media yang lembab adalah kecil. Kaca silika mempunyai ketahanan hidrolitik yang paling tinggi. Kekuatan hidrolitik 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: resistivitas berkisar antara 108 hingga 1017 -cm, permitivitas relatif r berkisar antara 3,8 hingga 16,2, kerugian sudut dielektriknya (tan ) 0,0003 hingga 0,1, tegangan break down 25 hingga 50 kV/mm. Kaca silika mempunyai sifat kelistrikan yang paling baik. Pada suhu kamar besarnya resistivitas adalah 107 -cm, r 3,8 dan tan pada 1 MHz hdala 0,0003. Jika kaca silika ditambahkan natrium atau kalium, maka resistivitasnya akan turun, tan akan naik sedikit.

Seringkali oksida logam lcali 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 di dalam kaca adalah lebih tidak menguntungkan dibanding kalium. Karena ion Na adalah sangat kecil ukurannya dan sangat mudah bergerak di dalam medan listrik. Itulah sebabnya mengapa Na dapat menambah konduktivitas kaca. Perbandingan antara Na dan K dan pengaruhnya di dalam suatu kaca dapat ditunjukkan pada gambar 6.1

Gambar 6.1. Resistivitas sebagai fungsi komposisi (%) Na2O dan K2OKaca yang mengandung oksida-oksida 2 logam lcali yang berbeda dimungkinkan mempunyai sifat isolasi yang lebih tinggi dibandingkan jira cuantitas oksidanya hanya mengandung 1 bagian dari cuantitas oksida 2 logam (efek netralisasi atau polialkalin). Kemampuan isolasi kaca juga dapat lebih baik jira padanya ditambah PbO atau BaO.

6.1.1. Pabrikasi dan Peningkatan Kualitas

Kaca dibuat dengan cara mendinginkan secara cepat beberapa bahan yang dilelehkan atau kristalisasi. Proses tersebut dinamakan devritrivikasi. Pendinginan yang cepat tersebut diikuti dengan naiknya kekentalan substansi atau pembentukan keadaan cristal. Pabrikasi kaca diawali dengan pemotongan, penghalusan dan mencampur bahan-bahan mentah antara lain: pasir silika (SiO2), soda (Na2CO3), kapur (CaCO3), kalsium magnesium karbonat (CaCO3, MgCO3), borak (NaB4O7), asam Boris (H3BO3), minium (Pb3O4), tanah kaolin dan feldspar, semua bahan tersebut difusikan. Kaca dapat dilelehkan dalam statu wadah yang kapasitasnya dapat mencapai 2 ton bahan mentah. Estela bahan-bahan tersebut meleleh (bahan-bahan yang mudah menguap hilang dengan sendirinya) maka terjadi reaksi antara componen-komponen pembentuknya. Kaca yang maz dalam keadaan lunak disebut metal. Metal ini selanjutnya dihaluskan kembali di dalam sebuah tangki khusus, dari tangki ini kaca diambil untuk dibentuk.

Kaca kental hdala kenyal, maka sangat mudah dibentuk yaitu dengan peniupan (misalnya untuk: bola lampu, piranti gelas reaksi), penarikan (misalnya tatakan gelas, pipa dan tabung) atau dengan penekanan dan pencetakan. Kaca yang maz panas dapat disolver dengan baik satu sama lain seperti halnya logam. Umumnya kaca diproduksi dengan bentuk datar antara lain: kaca jendela dan bentuk kemasan antara lain : botol, bola lampu. Setelah pembentukan, kaca harus didinginkan perlahan-lahan dalam sistem anealing, biasanya dilakukan di dalam oven panjang yang disebut lehr. Pendinginan perlahan-lahan ini adalah sangat penting dilakukan untuk mengurangi regangan termal dalam. Regangan ini kemungkinan besar dapat menyebabkan retaknya kaca ketika terjadi pendinginan. Kaca dingin dapat direkayasa yaitu dengan pemotongan menggunakan intan pemotong, pembubutan, perataan, pengeboran (mata bornya adalah logam yang ekstra keras misalnya: pobedit atau dengan bor perunggu yang menggunakan berbagai abrasip), kaca juga dapat dipoles.6.1.2. Kaca Sebagai Pengisolasi

Seperti telah dijelaskan sebelumnya, kaca silika mempunyai sifat isolasi yang tinggi, ketahanan panas yang tinggi dan kuat terhadap pengaruh hidrolitik. Pabrikasi piranti kaca silika menggunakan dapur tinggi khusus. 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 yang tidak bening. Pada kaca silika yang tidak bening terdapat gelembung-gelembung udara didalamnya. 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 silika adalah 2,2 g/cm3. Kebanyakan kaca silika yang digunakan di dalam keteknikan mempunyai berbagai substansi yang ditambahkan ke SiO2, sehingga membuatnya lebih mudah direkayasa, tetapi titik fusinya menjdai lebih rendah. Kaca silika di dalam keteknikan diklasifikasikan menjdai 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 kapasitor adalah kaca flint yang disebut Minos. Diantara kaca-kaca crown terdapat jenis yang disebut Pireks. Pireks mempunyai koefisien termal 33.10-7 peroC dan mampu menahan perbedaan suhu yang mendadak.

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.

Pemakaian kaca pada keteknikan antara lain :

a. Pembuatan bola lampu, tabung elektronika, penyangga filamen

Titik pelunakan kaca ini terlalu tinggi, muai panjangnya hendaknya dibuat mendekati muai panjang logam maupun paduannya yang disangga. Logam yang dimaksud adalah : wolfram, molibdenum.

b. Untuk bahan dielektrik pada kapasitor

Minos adalah salah satu jenis kaca yang mempunyai permeabilitas relatif tinggi yaitu 7,5, sudut kerugian dielektrik (tan ) kecil pada frekuensi 1 MHz, suhu 200C, tan = 0,0009 pada frekuensi 1 MHz, suhu 2000C, tan = 0,0012. Kaca minos mempunyai =82.10-7 per 0C, massa jenis 3,6 g/cm3.

c. 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 suhu yang mendadak, tahan terhadap pengaruh kimia. Jenis kaca yang digunakan untuk keperluan ini antara lain : kaca silika, pireks kalium-natrium.

d. Pelapisan logam

Salah satu jenis kaca adalah enamel (jangan dikacaukan dengan enamel vernis), Enamel dalam hal ini dapat digunakan untuk pelapisan logam atau benda lain sejenisnya, misalnya : dudukan lampu, reflektor, barang-barang dekoratif yang tujuannya adalah melindungi barang-barang tersebut dari korosi dan sekaligus 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 dileburkan dan kemudian tabung keramik yang sudah dililiti kawat tersebut dicelupkan sehingga sela-sela antara lilitan terisi enamel. Tujuannya disamping untuk mengisolasi lilitan, juga melindungi lilitan terhadap uap, debu dan oksidasi udara pada suhu kerja yang tinggi. Resistor tabung yang dilapisi enamel seperti ditunjukkan pada gambar 6.2.

Gambar 6.2. Resistor tabung yang dilapisi enamel

Enamel dipabrikasi dengan meleburkan komponen-komponen 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 dan dapat pula dengan cara 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-ulang hingga diperoleh ketebalan pelapisan 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 dan setelah kering dipanaskan dengan oven sehingga enamel meleleh dan dengan demikian melapisi perangkat. Komponen enamel untuk pelapisan resistor tabung (kaca boron-timah hitam dengan mangan peroksida) adalah sangat sederhana yaitu : 27% PbO, 70 % H3BO3 dan 3% MnO2.

6.2. Porselin

Porselin adalah bahan isolasi kelompok keramik yang sangat penting dan luas penggunaannya. Istilah bahan-bahan keramik adalah digunakan untuk semua bahan anorganik yang dibakar dengan pembakaran pada suhu tinggi dan bahan asal berubah substansinya. Bahan dasar dari porselin adalah tanah liat. Ini berarti bahan dasar tersebut mudah dibentuk pada waktu basah, tetapi menjadi tahan terhadap air dan kekuatan mekaniknya naik setelah dibakar. Penggunaan isolator dari porselin antara lain: isolator tarik, isolator penyangga, rol isolator seperti ditunjukkan pada gambar 6.3.

Gambar 6.3. Beberapa isolator porselin

Tanah liat khusus misalnya tanah liat cina dan tanah liat yang sudah diolah digunakan pada pabrikasi porselin setelah dicampur dengan kuarsa. Proses pembauatan perangkat dari porselin secara garis besar adalah sebagai berikut : Setelah tanah liat dibersihkan dari kotoran-kotoran misalnya : kerikil, kemudian dicampur dengan air hingga homogen (tetapi tidak terlalu encer seperti bubur). Selanjutnya adalah tahap pembentukan yaitu dengan putaran, penekanan, cetakan dan ekstrusi. Selanjutnya setelah perangkat terbentuk, dikeringkan lalu diadakan pelapisan dengan gelas dan terakhir adalah tahap pembakaran. Perlu diingat bahwa pada proses pembuatan perangkat dari keramik sejak masih basah hingga selesai dibakar akan terjadi pengecilan dimensi. Sedangkan pada proses pelapisan dengan gelas dan pembakaran menentukan sekali kualitas produk.

Pada proses pelapisan dengan gelas, kaca halus atau bahan dasar kaca atau campuran keduanya dipanaskan hingga meleleh, kemudian digunakan melapisi perangkat yang dikehendaki dengan cara mencelupkan benda atau permukaan yang diinginkan yang dilapisi. Pelapisan dengan gelas semacam ini digunakan untuk memperkuat dan sekaligus menghiasi permukaan, akan menjadikan produk porselin makin sedikit kemampuannya menyerap air, mudah dibersihkan, menghilangkan retak-retak yang ada dipermukaan. Dengan pelapisan gelas, arus bocor yang melalui permukaan isolator akan lebih kecil terutama pada keadaan basah dan sekaligus dapat menaikkan tegangan terjadinya loncatan bunga api (flashover).

Benda-benda porselin disarankan tidak disambung dengan menggunakan sekrup tetapi untuk menyambungnya menggunakan lem, semen atau diikat dengan logam. Sifat-sifat porselin sebagai berikut : massa jenis berkisar antara 2,3 hingga 2,5 g/cm3, koefisien muai panjang () 3.10-6 hingga 4,5.10-6 per0C. Hal ini perlu mendapatkan perhatian jika dilem dengan semen atau diikat dengan logam, karena semen = 11.10-6 per0C, baja = 14.10-6 per0C. Kekuatan tekan porselin adalah 4000 hingga 6000 kg/cm2, kekuatan tarik 300 hingga 500 kg/cm2 untuk yang menggunakan pelapis, 200 hingga 300 kg/cm2 yang tanpa pelapis. Kekuatan retak 80 hingga 100 kg/cm2. Porselin lebih regas daripada kaca. Sifat kelistrikan porselin antara lain : tegangan tembus berkisar antara 10 hingga 30 kV/mm, resistivitas 1011 hingga 1014 .cm, permitivitas () berkisar antara 6 hingga 7, tan 0,015 hingga 0,02. Sudut kerugian dielektrik akan naik jika suhu dinaikkan seperti ditunjukkan pada gambar 6.4.

Gambar 6.4. Kurva tan = f (0C) pada porselin

Penggunaan porselin sebagai isolator adalah luas sekali baik sebagai isolator penyangga maupun sebagai isolator tarik. Untuk itu penggunaan porselin sebagai isolator harus diperhatikan kemampuan mekanisnya disamping kemampuan dielektrisnya. Penggunaan isolator pada tegangan tinggi, yang juga 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. Isolator gantung atau isolator tarik pada tegangan tinggi (bentuknya seperti cakram) pada bagian bawahnya dibuat berlekuk-lekuk agar air hujan tidak merambat 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 korelasi antara besarnya tegangan kerja dengan banyaknya isolator yang diperlukan seperti ditunjukkan pada gambar 6.5.

Gambar 6.5. Tegangan kerja = fungsi (jumlah isolator)

PLASTIK

Plastik adalah bahan sintetis yang dapat dibentuk dengan pemanasan dan dapat diperkeras, tergantung pada strukturnya. Pada teknik listrik, plastik mempunyai peran yang penting, terutama sebagai bahan isolasi. Pada perkembangan akhir-akhir ini banyak kawat atau kabel berisolasi plastik, misalnya : NYA, NYM, NYY, demikian pula perangkat listrik lainnya.

Plastik dapat dikategorikan menjadi 2 yaitu : termoplastik dan termoseting. Perbedaan pokok dari keduanya, bahan termoplastik dapat dilunakkan dengan pemanasan dan pada proses pendinginan akan mengeras lagi. Sedangkan termoseting akan mengeras jika dipanasi dan setelah itu tetap menjdai keras dan tidak dapat dibuat seperti semula. Bahan-bahan yang termasuk termoplastik antara lain : polistiren, polietilen, nilon, pleksiglas dan teflon. Bahan-bahan yang tergolong termoseting antara lain : bakelit, karet dan epoksi. Secara umum bahan termoplastik tidak tahan terhadap suhu yang cukup tinggi akan meleleh. Bahan termoseting umumnya tidak terbakar, tetapi pada suhu yang tinggi akan terjadi proses pengarangan dan rontok.