pemanfaatan kaca sebagai bahan isolasi

PEMANFAATAN KACA

SEBAGAI BAHAN ISOLASI

BAHAN LISTRIK

Oleh :

PUTU RUSDI ARIAWANNIM : 0804405050

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS UDAYANA2010

PUTU RUSDI ARIAWAN ii

KATA PENGANTAR

Puji syukur saya panjatkan kehadapan Tuhan Yang Maha Esa, karena

berkat rahmat-Nyalah saya dapat menyelesaikan laporan dengan judul : BAHAN

ISOLASI KERAMIK tepat pada waktunya. Adapun tujuan dari penulisan ini

adalah untuk memenuhi tugas mata kuliah Bahan Listrik pada Program Studi

Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana

Tidak lupa saya mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada

Bapak Ir. I Ketut Wijaya yang telah membimbing saya dari awal perkuliahan

semester ini sehingga saya dapat menyelesaikan laporan ini. Saya juga

mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dalam

penyusunan laporan ini,.

Saya mengakui bahwa laporan ini jauh dari sempurna mengingat

terbatasnya kemampuan serta sulitnya mencari buku-buku yang dipakai sebagai

acuan atau referensi. Untuk itu saya sangat mengharapkan kritik dan saran dari

pembaca demi sempurnanya laporan ini. Akhir kata saya berharap semoga laporan

ini dapat berguna bagi pembaca dan dapat memenuhi fungsinya.

Denpasar, Mei 2010

Penulis

PUTU RUSDI ARIAWAN iii

DAFTAR ISI

LEMBAR JUDUL ........................................................................................... i

KATA PENGANTAR ..................................................................................... ii

DAFTAR ISI ................................................................................................... iii

DAFTAR TABEL ........................................................................................... v

ABSTRAKSI................................................................................................... vi

BAB I PENDAHULUAN ................................................................................ 1

1.1 Latar Belakang ............................................................................... 2

1.2 Rumusan Masalah .......................................................................... 2

1.3 Tujuan Pembuatan .......................................................................... 2

1.4 Manfaat Pembuatan ........................................................................ 2

1.5 Ruang lingkup dan Batasan Masalah .............................................. 2

1.6 Sistematika Pembahasan................................................................. 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ...................................................................... 4

2.1 Tinjauan Umum.............................................................................. 4

2.2 Tingkat Ketahanan Isolasi .............................................................. 4

2.3 Koordinasi Isolasi........................................................................... 6

2.4 Penggunaan Bahan Isolasi Mineral ................................................ 6

BAB III METODELOGI PENULISAN........................................................... 9

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ......................................................... 9

3.2 Sumber Data................................................................................... 9

3.3 Jenis Data ....................................................................................... 9

BAB IV PEMBAHASAN................................................................................ 10

4.1 Pengertian Isolasi ........................................................................... 10

4.2 Bahan Isolasi Kaca ......................................................................... 10

4.3 Pabrikasi dan peningkatan kualitas ................................................. 13

PUTU RUSDI ARIAWAN iv

4.4 Jenis-jenis kaca silika ..................................................................... 14

4.5 Pemakaian kaca pada bidang keteknikan ........................................ 16

BAB V PENUTUP .......................................................................................... 18

5.1 Simpulan ........................................................................................ 18

5.2 Saran .............................................................................................. 18

DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 19

PUTU RUSDI ARIAWAN v

DAFTAR TABEL

2.1 Tabel BIL Untuk Beberapa Kelas Referensi 1 ............................................ 5

2.2 Tabel Klasifikasi Bahan Isolasi ................................................................. 8

PUTU RUSDI ARIAWAN vi

ABSTRAKSI

Bahan-bahan listrik sangat banyak jenisnya pada pabrikasi peralatan

listrik. Untuk itu, sangat diperlukan pengetahuan tentang bahan-bahan listrik bagi

seorang ahli listrik, baik yang berkecimpung dalam bidang industri listrik maupun

yang berkecimpung dalam bidang jasa kelistrikan. Intinya seorang yang

berkecimpung dengan listrik harus mempunyai banyak pengetahuan tentang

bahan-bahan listrik.

Bahan isolasi adalah bahan yang digunakan untuk mengamankan bagian

yang aktif pada peralatan listrik, untuk meminimalisir arus bocor, yang tentunya

sangat tidak diharapkan pada bidang kelistrikan. Salah satu bahan isolasi adalah

kaca.

Kaca sebenarnya tergolong mineral, tetapi penggunaannya tidak pada

bentuk dan keadaan alaminya melainkan harus diproses terlebih dahulu dengan

cara pemanasan (pembakaran), pengerasan, dan pelumeran. Kaca biasanya

terbentuk apabila bahan cair yang didinginkan dengat cepat tidak membentuk

suatu kristal, dengan demikian tidak memberikan cukup masa untuk kristal

tersebut terbentuk. Kaca merupakan bahan yang terbentuk apabila bahan cair tidak

berkristal disejukkan dengan cepat, dengan itu tidak memberikan cukup masa

untuk jaringan kristal bisa terbentuk. 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 seperti borat dan pospat.

PUTU RUSDI ARIAWAN 1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Bahan-bahan listrik sangat banyak jenisnya pada pabrikasi peralatan

listrik. Untuk itu, sangat diperlukan pengetahuan tentang bahan-bahan listrik bagi

seorang ahli listrik, baik yang berkecimpung dalam bidang industri listrik maupun

yang berkecimpung dalam bidang jasa kelistrikan. Intinya seorang yang

berkecimpung dengan listrik harus mempunyai banyak pengetahuan tentang

bahan-bahan listrik, karena peralatan listrik digunakan oleh hampir semua lapisan

masyarakat, termasuk orang yang tidak begitu paham tentang kelistrikan.

Pemilihan bahan listrik yang tepat akan sangat berpengaruh pada keselamatan

peralatan maupun pemakainya.

Pada umumnya isolasi digunakan untuk mengamankan bagian yang aktif

pada peralatan listrik, untuk meminimalisir arus bocor, yang tentunya sangat tidak

diharapkan pada bidang kelistrikan. Salah satu bahan isolasi adalah kaca. Kaca

sebenarnya tergolong mineral, tetapi penggunaannya tidak pada bentuk dan

keadaan alaminya melainkan harus diproses terlebih dahulu dengan cara

pemanasan (pembakaran), pengerasan, dan pelumeran. Kaca biasanya terbentuk

apabila bahan cair yang didinginkan dengat cepat tidak membentuk suatu kristal,

dengan demikian tidak memberikan cukup masa untuk kristal tersebut terbentuk.

Isolasi sangat diperlukan untuk memisahkan dua atau lebih penghantar

listrik yang bertegangan sehingga antara penghantar-penghantar tersebut tidak

terjadi lompatan listrik atau percikan. Bahan isolasi akan mengalami pelepasan

muatan yang merupakan bentuk kegagalan listrik apabila tegangan yang

diterapkan melampaui kekuatan isolasinya. Kegagalan yang terjadi pada saat

peralatan sedang beroperasi bisa menyebabkan kerusakan alat sehingga

kontinuitas sistem terganggu. Isolasi listrik pada sistem transmisi tenaga listrik


dalam mengisolasi atau mengamankan konduktor dari tegangan membutuhkan

suatu koordinasi isolasi.

Koordinasi isolasi didalam teknik tegangan tinggi mempunyai tujuan

untuk perlindungan terhadap peralatan dan penghematan. Cara yang efisien

ditempuh adalah dengan memilih bahan isolasi yang cocok digunakan pada suatu

peralatan tegangan tinggi dengan memperhitungkan keandalan dan kesederhanaan

dari bahan isolasi.

1.2 Rumusan Masalah

Dari latar belakang di atas dapat dirumuskan masalahnya, antara lain :

Bagaimana karakteristik, proses pembuatan, dan pemanfaatan kaca sebagai bahan

isolasi.

1.3 Tujuan Pembuatan

Adapun tujuan dari penulisan paper ini adalah untuk mengetahui fungsi

dari kaca serta aplikasinya sebagai bahan isolasi.

1.4 Manfaat Pembuatan

Manfaat dari pembuatan laporan ini adalah diharapkan dapat digunakan

sebagai acuan ataupun menjadi pertimbangan bagi industri kelistrikan di dalam

merencanakan pemakaian kaca sebagai bahan isolasi dan juga bagi mahasiswa

untuk menambah pengetahuan dan wawasan tentang pemanfaaatan bahan isolasi

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

kaca, rumusan masalah mengenai bagaimana pemanfaatan kaca

sebagai bahan isolasi, tujuan pembuatan, manfaat pembuatan,

batasan masalah serta sistematika pembahasan.

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 kaca.

BAB V : PENUTUP

Dalam bab ini berisi simpulan dari pembuatan makalah yang sudah

dilakukan, dan saran untuk pembaca mengenai hasil pembuatan

makalah tersebut.


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 digunakan untuk

memisahkan bagian-bagian yang bertegangan atau bagian-bagian yang aktif.

Untuk itu sifat kelistrikannya memegang peran yang sangat penting. Namun, sifat

mekanis, termal, ketahanan terhadap bahan kimia, serta sifat-sifat lainnya juga

perlu diperhatikan. Untuk itu bahan isolasi yang digunakan dalam teknik tegangan

tinggi dibedakan menjadi : bahan isolasi gas, bahan isolasi padat, bahan isolasi

cair.

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.

Dalam pembahasan laporan ini lebih ditekankan pada salah satu jenis

bahan isolasi padat yaitu kaca.

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 lebih tinggi atau sama dengan nilai BIL-nya.


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,

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.

Tabel 2.1 Tabel BIL untuk beberapa kelas referensi

Kelas referensi

( KV ) BIL ( KV ) 80%BIL ( KV )

1,2 30 24

1,8 75 60

12 95 76

23 150 120

34,5 200 160

46 250 200

69 350 280

92 450 360

115 550 440

138 650 520

161 750 600

180 825 660

196 900 720

230 1050 840


260 1175 940

287 1300 1040

345 1550 1240

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 di

lain 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 Penentuan sifat gangguan

2 Penentuan daya isolasi petralatan seperti: isolator, bushing, dan trafo.

3 Penentuan tegangan impuls standart.

4 Karakteristik alat-alat pelindung seperti CB, Arrester.

5 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.

2.4 Penggunaan Bahan Isolasi Mineral

Bahan-bahan isolasi mineral memiliki peran dan penggunaan yang cukup

besar pada teknik listrik. Bahan isolasi yang akan dibahas dalam laporan ini

adalah kaca, yang merupakan salah satu contoh bahan isolasi mineral. Akan

tetapi, kaca memiliki sedikit perbedaan dengan bahan isolasi mineral yang

lainnya. Bahan isolasi mineral lain, seperti mika atau mikanit digunakan sebagai


isolasi pada ikatan kimia atau keadaan alaminya tanpa mengalami proses kimia

atau termal sebelumnya, sedangkan penggunaan kaca tidak pada bentuk atau

keadaan alaminya, melainkan harus diproses terlebih dahulu dengan pemanasan

(pembakaran), pengerasan, dan pelumeran. Itulah sebabnya mengapa kaca

dikatakan sedikit berbeda dengan bahan isolasi mineral lainnya.

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. 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 relatif

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 (α) nya, makin banyak kadar SiO2 yang

dikandungnya akan makin kecil α nya. Muai panjang untuk kaca berkisar antara

5,5. 10-7 hingga 150. 10-7 per derajat celcius.

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.

Kaca merupakan bahan yang terbentuk apabila bahan cair tidak berkristal

disejukkan dengan cepat, dengan itu tidak memberikan cukup masa untuk

jaringan kristal bisa terbentuk.

Tabel 2.2 Klasifikasi bahan isolasi

Kelas Bahan Suhu kerja

maks.

Y Katun, sutera alam, wolsintesis, rayon, serat poliamid,

kertas, prespan, kayu, poliakrilat, polietilen, polivinil, karet.

90 oC

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 fluoroetilen)

adalah satu-satunya substansi organik.

Di atas

180 oC


BAB III

METODELOGI PENULISAN

3.1 Tempat dan Waktu Penulisan

Pembuatan tugas ini dilakukan di perumahan Jalan Gandapura No. 25 A

Denpasar pada bulan Mei 2007.

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, Abduh Syamsir , 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

Teori Kegagalan Isolasi

Oleh : Abduh Syamsir

Media internet

- Maryati Doloksaribu : pembuatan keramik porselin sebagai bahan isolator

Listrik dan karakteristiknya, 2005 USU Repository @ 2006

- Http://www.ugm.ac.id/index.php?page=rilis&artikel=120

- Http;//www. wikipedia.org/wiki.com


BAB IV

PEMBAHASAN

4.1 Pengertian Isolasi

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.

4.2 Bahan Isolasi Kaca

Kaca merupakan bahan yang terbentuk apabila bahan cair tidak berkristal

disejukkan dengan cepat, dengan itu tidak memberikan cukup masa untuk

jaringan kristal bisa terbentuk.

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 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 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. 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, maksudnya, ketika kaca diberikan suhu = Q, kaca tidak akan bisa

langsung meleleh pada suhu tersebut, pelelehan kaca berlangsung secara perlahan-

lahan ketika suhu mulai dinaikkan, maka dari itu kaca dikatakan tidak memiliki

titik leleh yang tegas.

Titik pelembekan kaca berkisar antara 500 hingga 17000 C. Makin sedikit

kandungan SiO2 makin rendah titik pelembekan kaca. Demikian pula halnya

dengan muai panjang (α) nya, makin banyak kadar SiO2 yang dikandungnya akan

makin kecil α nya. Muai panjang untuk kaca berkisar antara 5,5. 10-7 hingga 150.

10-7 meter per 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 α yang sangat rendah. Pada

kaca yang tipis, jika diberikan panas mendadak, panas tersebut akan menyebar

merata ke semua molekulnya, sehingga pemuaian setiap molekul menjadi merata.

sedangkan untuk kaca yang tebal, panas yang diterima tidak bisa terserap merata

ke semua molekulnya, sehingga pemuaian tiap molekul tidak merata(molekul

yang terkena suhu lebih tinggi akan memuai lebih cepat, begitu pula

sebaliknya).Sehingga piranti kaca yang dindingnya tipis, ketahanannya terhadap

perubahan panas mendadak lebih baik dibandingkan dengan piranti kaca yang

dindingnya tebal. Kaca yang digunakan untuk suatu perangkat dan pada perangkat

tersebut terdapat juga logam, misalnya : lampu pijar dan tabung sinar katode maka

nilai α 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 hidrolitik rendah ketahanan

permukaannya pada media yang lembab adalah kecil. Kaca silika mempunyai

ketahanan hidrolitik 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 : resitifitas berkisar antara 108 hingga 1017 Ω-cm, permitivitas relatif єr

berkisar antara 3,8 hingga 16,2, kerugian sudut dielektriknya 0,003 hingga0.01,

tegangan break-down 25 hingga 50 kV/mm.

Kaca silika mempunyai sifat kelistrikan yang paling baik. Pada suhu

kamar besarnya resitivitas adalah 107 Ω-cm, єr 3,8 dan sudut dielektriknya pada 1


MHz adalah 0,0003. Jika kaca silika ditambahkan natrium atau kalium, maka

resitivitasnya akan turun, sudut kerugian dielektriknya (tanδ) 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 konduktivitas kaca. Kaca yang

mengandung oksida-oksida 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, karena ion Pb dan Ba memiliki massa yang relatif tinggi, dan jika diberi

muatan, ion-ion ini akan sulit bergerak, sehingga resitivitas dari kaca ini tetap

terjaga.

4.3 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 kristal.

Pabrikasi kaca diawali dengan pemotongan, penghalusan dan mencampur

bahan-bahan mentah antara lain ; pasir silika(SiO2), soda(Na2CO3), kapur

(CaCO3), Kalsium magnesium karbonat(CaCO3.MgCO2), borak(NaB4O7), asam

borik(H3BO3), minium(Pb3O4), tanah kaolin, dan feldspar. Semua bahan tersebut

difusikan.

Kaca dapat dilelehkan dalam suatu wadah yang kapasitasnya dapat

mencapai 2 ton bahan mentah. Setelah bahan-bahan tersebut meleleh (bahan-

bahan yang mudah menguap akan hilang dengan sendirinya) maka akan terjadi

reaksi antara komponen-komponen pembentuknya. Kaca yang masih dalam


keadaan lunak ini disebut metal. Metal ini selanjutnya dihaluskan kembali dalam

suatu tangki khusus. Dari tangki ini kaca kemudian diambil untuk dibentuk.

Karena kaca kental adalah 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 masih panas dapat disolder dengan baik satu sama lain

seperti halnya logam. Umumnya kaca diproduksi dalam bentuk datar seperti kaca

jendela, dan bentuk kemasan seperti botol dan bola lampu.

Setelah proses pembentukan, kaca harus didinginkan kembali secara

perlahan-lahan dalam sistem anealing, biasanya dilakukan dalam suatu oven

panjang yang disebut lehr. Pendinginan perlahan-lahan ini sangat penting

dilakukan, tujuannya adalah untuk mengurangi regangan thermal dalam.

Regangan ini kemungkinan akan menyebabkan retaknya kaca pada saat proses

pendinginan.

Kaca dingin dapat direkayasa yaitu dengan pemotongan menggunakan

intan pemotong, pembubutan, perataan, atau pengeboran (mata bornya adalah

logam yang ekstra keras seperti pobedit atau dengan bor perunggu yang

menggunakan berbagai abrasip), kaca juga dapat dipoles.

4.4 Jenis-jenis kaca silika

Seperti telah dijelaskan sebelumnya, kaca silika mempunyai sifat isolasi

yang tinggi, ketahanan terhadap panas yang tinggi, dan kuat terhadap pengaruh

hidrolitik. Pabrikasi piranti kaca silika menggunakan dapru 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 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.

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.

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.


4.5 Pemakaian kaca pada bidang keteknikan

Pemakaian kaca pada bidang keteknikan antara lain :

a. 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

b. Untuk bahan dielektrik pada kapasitor

Minos adalah salah stu jenis kacapermeabilitas relatif tinggi yaitu 7,5,

sudut kerugian dielektrik (tan δ) kecil pada frekuensi 1MHz, suhu 20oC,

tan δ = 0.0009 pada frekuensi 1MHz, suhu 200oC, tan δ = 0,0012. Kaca

minos mempunyai α = 8,2 . 107 per oC. 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

suhuyang mendadak, dan 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 (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 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.


BAB V

PENUTUP

5.1 Simpulan

Dari pembahasan di atas dapat ditarik kesimpulan yaitu:

1. Bahan isolasi kaca dapat digunakan dalam berbagai keperluan isolasi

listrik.

2. Kaca sangat cocok dan aman dalam penggunaannya karena

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 kaca, porselin,

dan sitol, dan pengaruhnya terhadap arus listrik.

2. Setiap pengguna dari bahan isolasi (mineral) harus mempunyai

pengetahuan karakteristik bahan dan pengetahuan akan pemakaiaanya.


DAFTAR PUSTAKA

1. 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. Teori kegagalan isolasi, Universitas Trisakti, 2003, Abduh Syamsir.

4. Http://www.ugm.ac.id/index.php?page=rilis&artikel=120

5. Http;//www. wikipedia.org/wiki.com


BIODATA PENULIS

Nama : Putu Rusdi Ariawan

TTL : Denpasar. 19 April 1990

Agama : Hindu

Mahasiswa Teknik Elektro Unv. Udayana

Email : [email protected]

www.facebook.com/turusdi

pemanfaatan kaca sebagai bahan isolasi

Documents