KARAKTERISASI ISOLATOR KERAMIK JENIS POS
SALURAN DENGAN XRD dan SEM-EDX
Perdinan Sinuhaji
Departemen Fisika FMIPA USU Medan
Jl. Bioteknologi,No.1 kampus USU Medan 20155. No. Telp. (061)8222995 [email protected]
Abstrak. Telah dilakukan penelitian struktur dan analisis unsur serta mikrostruktur bahan isolator keramik jenis Pos Saluran (putih) yang sering digunakan sebagai isolator listrik pada tegangan tinggi dan menengah. Isolator keramik jenis Pos Saluran mengandung Fasa Mullite 50 %, struktur kristal : Orthorombic, dengan konstanta kisi a = 7, 5441(1) Å, b = 7,690(1) Å dan c = 2,8835(7) Å dan Fasa Quartz 50 %, struktur kristal : Hexagonal, dengan konstanta kisi a = 4,9270(9) Å, b = 4,9270(9) Å dan c = 5,408(1) Å. Mikrostruktur isolator keramik jenis Pos Saluran memiliki fasa Mullite dengan fasa Quartz.
Kata kunci : Isolator Keramik, Struktur Kristal, Komposisi dan Mikrostruktur
PENDAHULUAN
Pembangunan Nasional Indonesia
khususnya pembangunan sektor kelistrikan masih terus meningkat dimana sarana penyediaan tenaga listrik PLN dengan daya terpasang diluar swasta pada tahun 2000 sekitar 20.761,69 MW meningkat menjadi 21.470 MW pada tahun 2004. Untuk 10 tahun mendatang diprediksi kebutuhan listrik yang harus disediakan PLN untuk memenuhi permintaan konsumen menjadi sekitar 37.201 MW [3]. Meningkatnya pembangunan kelistrikan di Indonesia
tentunya akan membutuhkan sarana
peralatan utama dan penunjang untuk
distribusi dan transmisi. Salah satu
komponen sistem transmisi dan distribusi energi listrik diantaranya adalah Isolator. Tentunya kebutuhan isolator semua jenis akan meningkat. Didalam negeri hampir semua jenis isolator keramik listrik diimpor dari Jepang, Cina, Amerika Serikat dan lain sebagainya. Industri isolator keramik dalam negeri sendiri sebagian besar masih menggunakan bahan baku yang di impor dan pada produknya sebagian merupakan hasil dari tahap perakitan. Oleh karenanya
terdapat peluang untuk dapat
dikembangkan lebih lanjut. Isolator listrik tegangan menengah sampai tinggi yang dipakai pada sistem transmisi atau distribusi jaringan listrik umumnya dibuat dari bahan keramik porselen yang diketahui sangat tahan terhadap tahanan mekanik ataupun listrik [6]. Porselin keramik dikenal sebagai badan keramik yang dibuat dari beberapa macam bahan baku keramik. Bahan baku untuk pembuatan isolator keramik banyak tersedia didalam negeri dan belum optimal dimanfaatkan sebagai bahan utama untuk industri keramik isolator [3]. Penulis ingin mengetahui unsur, komposisi dan struktur kristal isolator jenis pos saluran (putih) serta dapat digunakan sebagai dasar pembuatan isolator keramik. Isolator jenis pos (post type insulator), digunakan pada tiang-tiang lurus (tangent pole) dan tiang sudut (angle pole) untuk sudut 5o-15o. Dibandingkan dengan isolator jenis pasak, isolator jenis pos ini lebih sederhana perencanaannya. Diameternya lebih kecil dan tak menggunakan kepingan-kepingan seperti isolator jenis pasak. Terdapat lekukan-lekukan pada permukaanya untuk mengurangi hantaran yang terjadi pada isolator. Makin tinggi tegangan isolasinya makin banyak lekukan-lekukan tersebut.
Isolator jenis pos ini bagian atasnya diberi tutup (cap) dan bagian bawah diberi pasak yang terbuat dari bahan besi atau baja tempaan [1] . Bahan yang digunakan untuk isolator jenis pos ini terbuat dari bahan porselin basah yang murah harganya. Kekuatan mekanis jenis pos ini lebih tinggi dibandingkan isolator jenis pasak dan
penggunaanya hanya pada jaringan
distribusi primer untuk tiang lurus (tangent pole) pada sudut 5o-15o Isolator Keramik Tumpu Tegangan Menengah, 2013.
METODE PENELITIAN Tempat dan Waktu Penelitian
Pembuatan sampel dan karakterisasi dilakukan di Laboratorium Nanoteknologi Pusat Penelitian Fisika LIPI Serpong, Jakarta, pada bulan Desember 2012.
Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian : Blender, Furnance, Ball Mill BPM-4, Oven Magnet stirew, Kertas saring, SEM-EDX, XRD, Micro XRF, dan PSA.
Prosedur Penelitian
Isolator keramik yang digunakan dalam penelitian ini adalah Isolator Jenis jenis Pos Saluran yang berasal dari PLN Medan. Dimana Isolator yang sudah jadi dalam bentuk pecahan yang di bagi jadi sampel. Sampel telebih dahulu ditimbang sebanyak 400 gram kemudian dihancurkan atau dihaluskan dengan menggunakan gilingan,
untuk mempercepat penghalusannya
digunakan blender, kemudian dibagi
dengan ukuran masing-masing 200 gram. Adapun proses pengolahan Isolator tersebut sebagai berikut : Isolator yang sudah dibagi sebanyak 200 gram dan sudah digiling,
kemudian hasil proses penggilingan
tersebut diayak dengan menggunakan ayakan 200 mesh. Sampel hasil ayakan masih mengandung pengotoran, untuk menghilangkan kadar pengotoran yang terdapat pada isolator tersebut direndam
dalam suatu wadah dengan larutan HCl dan diaduk dengan menggunakan magnet stirew untuk menghilangkan kadar kadungan zat besi yang terdapat pada isolator tersebut,
setelah itu isolator dikalsinasi dan
dikeringkan dalam furnance pada suhu 600
selama 2 jam. Selanjtnya sampel di Ball Mill selama 24 jam, untuk mendapatkan ukuran isolator yang lebih kecil, hasil proses pengolahan isolator siap untuk
dikarakterisasi. Kemudian sampel
ditimbang 200 gram dan dilarutkan 250 ml
kedalam air (aquades) dilakukan
pengadukan sampai merata lalu dipanaskan pada oven pada suhu 80 selama 1 jam, seterusnya ditambahkan CTAB (Cetil Trimetil Amonium Bromida) 0,25 mol dengan cara dipanaskan terlebih dahulu. Hasil pencampurannya kemudian disaring residunya dicuci berulang-ulang hingga didapat fitra yang jernih, kemudian residu ini dikeringkan dalam oven pada suhu 60 selama 2 hari, setelah itu isolator siap dikarakterisasi.
Analisis Topografi Dengan SEM-EDX
Analisis Topografi permukaan dan
kandungan unsur yang terkandung
digunakan SEM-EDX yang dilakukan di
LIPI (Lembaga Ilmu Pengetahuan
Indonesia). Berkas elektron mengenai
sampel yang tidak konduktif maka
permukaan perlu dilapisi emas. Lensa kondensor digunakan untuk mengontrol ukuran dan sudut sebaran elektron pada sampel. Elektron yang diteruskan akan melewati lensa objektif, intermediate, dan proyektor sehingga akan menghasilkan
image surface yang telah diperbesar oleh layar.
Karakterisasi Struktur Kristal X-Ray Difraction
Hasil sintesisa sampel selanjutnya
dikarakterisasi dengan XRD untuk
menganalisis struktur kristal isolator. Dari data XRD yang diperoleh, dilakukan identifikasi puncak-puncak grafik XRD
dengan cara mencocokkan puncak yang ada pada grafik tersebut dengan database ICDD (International Centre for Diffraction Data).
Setelah itu, dilakukan refinement
(pemurnian) pada data XRD dengan menggunakan metode Analisis Rietveld yang terdapat pada program GSAS (general
structure analysis system). Melalui
refinement tersebut, fasa, sruktur, space group, dan parameter kisi sampel dapat diketahui.
HASIL DAN PEMBAHASAN Analisis Struktur Isolator Jenis Pos Saluran (putih)
Analisis struktur Isolator keramik jenis pos saluran dilakukan dengan X-Ray Diffractometer untuk memperoleh pola difraksi seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut ini :
Gambar 1. Pola Difraksi Sinar-X Isolator Pos Saluran (Putih)
Pola difraksi sinar-X pada Isolator jenis Pos saluran diatas telah di interpretasikan
sudut-sudut puncak yang terjadi.
Identifikasi pola difraksi sinar-x sampel Isolator Pos Saluran (Putih) yang diperoleh yaitu [96-901-0160] Al2.28O4.86Si0.72
(Mullite); [96-900-5022] SiO2. Pada
Isolator Jenis Pos Saluran (Putih) senyawa
Mullite memiliki sistem kristal
Orthorombic, dengan konstanta kisi a =
7.544(1) Å, b = 7.690(1) Å dan c = 2.8835(7) Å, = = = 90o, dan senyawa Quartz memiliki sistem kristal Hexagonal, dengan konstanta kisi a = 4.9270(9) Å, b = 4.9270(9) Å dan c = 5.408(1) Å, = = 90o dan = 120o; Densitas masing-masing senyawa, Mullite = 2.390 gr.cm-3, Quartz
= 3.843 gr.cm-3. Sistem kristal, konstanta kisi dan densitas senyawa dapat dilihat lebih jelas seperti pada Tabel 1 berikut ini : Tabel 1. Kristal, Konstanta kisi dan Densitas Senyawa Al2.28O4.86Si.0.72, dan SiO2
Sampel Isolator Jenis Pos (Putih)
Fasa Mullite
Grup ruang (space group) : P b a m (55) dan Sistem kristal : Orthorombic
Parameter kisi :
a = 7.544(1) Å, b = 7.690(1) Å dan c = 2.8835(7) Å, = = = 90o,
V = 167.31(9) Å3 dan = 2.390 gr.cm-3
Fasa Quartz
Grup ruang (space group) : P 32 2 1 (154) dan Sistem kristal : Hexagonal Parameter kisi : a = 4.9270(9) Å, b = 4.9270(9) Å dan c = 5.408(1) Å, = = 90o dan = 120o, V = 113.70(5) Å3 dan = 3.843 gr.cm-3 Factor R wRp = 8.29 Rp = 6.56 χ2 (chi-squared) = 1.277
Analisis Komposisi Isolator Jenis Pos Saluran (putih)
Senyawa yang dikandung Isolator jenis pos saluran adalah : Mullite dan Quartz yaitu puncak tertinggi dari pola difraksi
yang dianalisis dengan program
komputerisasi di tunjukkan seperti pada tabel 2.
Fraksi massa (wt %) isolator keramik jenis pos saluran warna putih mengandung 49,40 % fasa Mullite dan 50,60 % fasa Quartz, sedangkan menurut [7]. Fraksi massa (wt %) isolator keramik jenis pos
Tabel 2. Fraksi Massa Isolator Jenis Pos Saluran N o . . Nama Senyawa Name of Coumpound Fasa Phase Acuan Ref. Fraksi Massa (wt %) 1 . Mullite Al2.28O 4.86Si0.72 ICDD- 96-901-0160 49.40 2 .
Quartz SiO2 ICDD- 96-900-5022
50.60
saluran warna putih mengandung 50 % fasa Mullite dan 50 % fasa Quartz.
Mikrostruktur SEM-EDX Isolator Jenis Pos Saluran
Mikrostruktur Isolator jenis pos saluran (putih) dapat analisis topografi permukaan seperti pada gambar 2.
Gambar 2. Topografi Permukaan Isolator Jenis Pos Saluran
Gambar 3. Binding Enegy vs Cps Isolator Jenis Pos Saluran
Mikrosrtuktur Isolator Jenis Pos Saluran
menunjukkan bahwa paduan ini di
mungkinkan mengandung lebih dari satu fasa dan analisis elementer unsur Isolator jenis pos saluran di lakukan dengan SEM-EDX (Dalam kotak putih diatas) diperoleh hubungan antara counting rate (cps) dengan Energy Range (keV) seperti pada gambar 3.
Analisis kualitatif dan kuantitatif Isolator Jenis Pos Saluran (Putih) dilakukan dengan bantuan perangkat komputer, sehingga dapat diketahui identifikasi elementer unsur seperti pada tabel 3 .
Tabel 3 Analisis Unsur Isolator Jenis Pos Saluran (Putih)
ZAF Method Standardless Quantitative Analysis
Fitting Coefficient : 0,1946
Element (keV) Mass% Error% Atom Compound Mass% Cation K
O K 0,525 49,35 0,23 63,24 52,2974 Na K 1,041 0,85 0,18 0,76 0,7674 Al K 1,486 12,97 0,13 9,86 12,1369 Si K 1,739 33,21 0,15 24,24 30,5865 K K 3,312 3,61 0,18 1,90 4,2118 Total 100 100
identifikasi elementer unsur Isolator Jenis
Pos Saluran menunjukkan bahwa
didominasi unsur Oksigen (O) yang
memiliki energi 0,525 keV pada orbital K, Natrium (Na) memiliki energi 1,041 keV pada orbital K, Al memiliki energi 1,486
keV pada orbital K, Silikon (Si) memilki energi 1,739 keV pada orbital K, dan K memiliki energi 3,312 keV pada orbital K.
KESIMPULAN
Dari data dan hasil tentang karakterisasi isolator jenis Pos Saluran dapat diambil kesimpulan:
1. Isolator keramik jenis Pos Saluran
memiliki unsur/senyawa Mullite
(Al2,28O4,86Si0,72), dan Quartz/Silikon Oksida (SiO2).
2. Struktur kristal Isolator keramik jenis Pos Saluran : Strut ur Krist al Parameter Kisi Fraksi Massa (wt %) Fasa Nama Senyaw a Orth oro mb ic a = 7.54 Å b = 7.69 Å c = 2.88 Å 50 Al2.28O4.8 6Si0.72 Mullite He xag ona l a = 4.92 Å b = 4.92 Å c = 5.40Å 50 SiO2 Quartz
3. Elemen-elemen pembentuk pada
Isolator jenis Pos Saluran : Oksigen (O) 49,35 %, Na 0,85 %, Al 12,97 %, Silikon (Si) 33,21 %, (K) 3,61 %
UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan terimakasih sebesar-besarnya penulis sampaikan kepada sdr. Perdana O. Manik, mhs Fisika FMIPA USU telah meluangkan waktu untuk menyelesaikan penelitian ini dengan baik.
DAFTAR PUSTAKA
BSN, SNI 04-0682-1989,
Isolator Keramik Tumpu
Tegangan Menengah Jenis Pin,
Pasak, Politeknik Negeri
Semarang.
Fayos J.,1999, Possible 3D
Carbon Srtuctures as Progerssive
Intermediates in Graphite to Diamond Phase Transition Note: Mathematical Model, Journal of Solid State Chemistry 148, 278- 285.
Wahyu., 2009, Karakteristik
Bahan Baku Kaolin
Untuk Bahan Pembuatan Badan
Isolator Listrik Keramik
Porselen Fuse Cut Out (FCO), Jurnal Sains Teknolog Jakarta. Habibi,Yusuf.,2009, Spektrofotometer
Serapan Atom, Prodi Ilmu Kimia FMIPA UI.
Popovic J, dkk., 2007,
Cobalt Incorporation in mullite Sample : MU0, American
Mineralogist 92, 408-411.
Setiabudy, Rudy., 2007,
Teknik Pengujian Tegangan Tinggi, Universitas Indonesia, Jakarta.
Vlack, V., 1991, Ilmu dan
Teknologi Bahan, Edisi Kelima,
terjemahan Sriati Djaprie, Erlangga, Jakarta.
Wahyu., 2009, Karakteristik Bahan Baku Kaolin Untuk Bahan Pembuatan Badan Isolator Listrik Keramik Porselen
Fuse Cut Out (FCO), Jurnal
Sains Teknologi, Jakarta. http://www.scribd/Isolator
Keramik Tumpu Tegangan Menengah, 2013
