Prosiding Semirata FMIPA Universitas Lampung, 2013
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. Semirata 2013 FMIPA Unila |349
Perdinan Sinuhaji: KARAKTERISASI ISOLATOR KERAMIK JENIS POS SALURAN DENGAN XRD dan SEM-EDX
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 350| Semirata 2013 FMIPA Unila
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
Prosiding Semirata FMIPA Universitas Lampung, 2013
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.
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 :
HASIL DAN PEMBAHASAN
Tabel 1. Kristal, Konstanta kisi dan Densitas Senyawa Al2.28O4.86Si.0.72, dan SiO2
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 :
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
Gambar 1. Pola Difraksi Sinar-X Saluran (Putih)
Isolator Pos
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 =
wRp = 8.29
Rp 6.56
=
χ2 (chisquared) = 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
Semirata 2013 FMIPA Unila |351
Perdinan Sinuhaji: KARAKTERISASI ISOLATOR KERAMIK JENIS POS SALURAN DENGAN XRD dan SEM-EDX
Tabel 2. Fraksi Massa Isolator Jenis Pos Saluran N o . . 1 .
Nama Senyawa Name of Coumpound Mullite
2 Quartz .
Fasa Phase
Acuan Ref.
Fraksi Massa (wt %)
Al2.28O 4.86Si0.72
ICDD96-9010160 ICDD96-9005022
49.40
SiO2
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 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 SEMEDX (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 .
Gambar 2. Topografi Permukaan Isolator Jenis Pos Saluran
Tabel 3 Analisis Unsur Isolator Jenis Pos Saluran (Putih) ZAF Method Standardless Quantitative Analysis Fitting Coefficient : 0,1946 Element
(keV)
Mass%
Error%
Atom
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
Mass%
Cation
K
100
identifikasi elementer unsur Isolator Jenis Pos Saluran menunjukkan bahwa didominasi unsur Oksigen (O) yang 352| Semirata 2013 FMIPA Unila
Compound
memiliki energi 0,525 keV pada orbital K, Natrium (Na) memiliki energi 1,041 keV pada orbital K, Al memiliki energi 1,486
Prosiding Semirata FMIPA Universitas Lampung, 2013
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
a = 7.54 Orth oro mb ic
Å b = 7.69 Å
50
Al2.28O4.8 6Si0.72
c = 2.88 a = 4.92 Å b = 4.92 Å
50
SiO2
Wahyu., Bahan Untuk
2009,
Karakteristik Baku Kaolin Bahan Pembuatan Badan
Isolator Porselen Jurnal Sains
Listrik Keramik Fuse Cut Out (FCO), Teknolog Jakarta.
Habibi,Yusuf.,2009, Serapan Atom, FMIPA UI. Popovic Cobalt Sample :
J,
Spektrofotometer Prodi Ilmu Kimia
dkk., 2007, Incorporation in mullite MU0, American
Mineralogist 92, 408-411. Mullite
Å He xag ona l
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, 278285.
Quartz
c= 5.40Å
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.
Setiabudy, Teknik Tinggi,
Rudy., 2007, Pengujian Tegangan 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
DAFTAR PUSTAKA BSN, SNI 04-0682-1989, Isolator Keramik Tumpu Tegangan Menengah Jenis Pin, Pasak, Politeknik Negeri Semarang. Semirata 2013 FMIPA Unila |353
