MENGENAL JENIS ANODA IMPRESSED CURRENT DAN KARAKTERISTIKNYA

MENGENAL JENIS ANODA IMPRESSED CURRENT DAN KARAKTERISTIKNYA

MENGENAL JENIS ANODA IMPRESSED CURRENT DAN KARAKTERISTIKNYA

Impressed current adalah metode perlindungan katodik dengan menggunakan sumber arus listrik dari luar. Berbeda dengan anoda korban, jenis anoda yang digunakan oleh system impressed current adalah anoda dengan nilai potensial logam jauh lebih positif dari logam yang dilindungi. Sebisa mungkin anoda impressed current tidak terdegradasi. Jadi anoda ini hanya berfungsi sebagai auxulary anode atau anode pelengkap sebuah sel korosi. Walaupun secara teori tidak terdegradasi, namun pada kenyataannya tetap saja electron yang mengalir pada pipa tetap disuply dari anoda impressed current.

Gambar 1. Sistem Impressed Current

Ada banyak pilihan anoda yang dapat digunakan untuk sistem arus tanding, mulai dari yang boros (consumable) sampai yang awet (inert, mulia).  Dalam aplikasi pemilihannya tergantung dari banyak faktor, di antaranya : besarnya arus yang diperlukan, lingkungan, efisiensi, umur proteksi, ekonomi, dan lain-lain.

Anoda untuk metoda arus tanding umumnya diklasifikasikan ke dalam tiga tipe :

(1).  Anoda  tipe boros (terkonsumsi cepat) :   besi atau baja

(2). Anoda semi-mulia (semi-terkonsumsi) : grafit, timbal, besi-silikon, magnetit, dll.

(3). Anoda mulia (terkonsumsi sangat lambat) :  terbuat dari lapisan platina, mixed metals oxides (MMO atau MIXMEO)

Sebelum tahun 1970 baru ada 3 jenis anoda yang digunakan sebagai groundbed. High Silicon Cast Iron, Graphite dan potongan baja. Sejalan dengan perkembangan teknologi maka jumlah anoda juga bertambah. Ketiga anoda ini tidak bisa digunakan secara universal pada kondisi tanah atau air laut dan sulit untuk  mencapai umur yang diinginkan.

Reaksi pada anoda impressed current berbeda dengan reaksi pada anoda sacrificial anode Pada kondisi tanah, anoda teroksidasi menghasilkan oksigen.

H2O   —->    1/2O2  +  2H+  +  2e

Pada tanah dan air yang mengandung chlorine, anoda akan bereaksi membentuk gas chlorine (Cl2) yang kemudian bereaksi membentuk Asam Chlorine ( HCl) yang dapat merusak anoda.

2Cl –> Cl2 + 2e

H2 + Cl2 –> 2HCl

Beberapa jenis anoda bekerja bagus dengan kehadiran oksigen dan beberapa jenis  bekerja bagus pada kondisi asam. Karena itulah jika teknisi proteksi katodik tidak merinci jenis anoda apa yang digunakan untuk pembuatan groundbed, maka kemungkinan akan sulit mendapatkan performance yang diinginkan.

Saat ini terdapat 3 jenis anoda impressed current yang banyak digunakan untuk lokasi tanah yaitu high silicon cast iron, Graphite dan mixed metal oxide

High Silicon Cast iron Anode

Terdapat 3 jenis anoda yaitu standar Fe/Si yang digunakan untuk daerah tanah dan air tawar, Fe/Si/Cr dan Fe/Si/Mo yang digunakan untuk tanah asam atau alkaline dan air laut. Komposisi dari high silicon cast iron anode mengacu pada ASTM A 518 Grade 3

Gambar 2. Komposisi High Silicon Cast Iron Anode

Untuk Spesifikasi teknik mengacu pada buku Peabody sebagai berikut :

Gambar 3. Spesifikasi Teknis High Silicon Cast Iron

Berikut komposisi Mengacu pada salah satu merk dipasaran :

Gambar 4. Komposisi High Silicon Cast Iron di Pasaran

Pembentukan lapisan film Silikon oksida SiO2 pada permukaan anoda menjadi kehandalan tersendiri dari jenis anoda ini. Dimana lapisan ini akan menghambat laju oksidasi sehingga laju konsumsinya berkurang. Penambahan chromium bertujuan untuk membentuk sifat tahan terhadap chlorine yang terdapat pada tanah maupun air laut.

Dalam tanah anoda ini biasanya dipasang dengan ditambahkan backfill metallurgical atau calcinated petroleum cookebreeze yang bertujuan untuk meningkatkan efektifitas permukaan, mengurangi tahanan dan menjadikan anoda terkonsumsi merata diseluruh permukaan.

Anoda ini keras, namun rapuh dan dapat patah jika mendapatkan kejutan mekanis maupun kejutan suhu. Pengetesan laju konsumsi anoda ini pada air laut sebesar 0.7 lb per amper.year dengan keluaran arus sebesar 3,5 amper per ft2 permukaan anoda.  Untuk tanah dan air biasanya mengunakan laju konsumsi 0.5 – 1 lb/A.Y. sebuah Pabrikan untuk High Silicon Cast Iron memberikan laju konsumsi detail sebagai berikut :

Gambar 5. Consumption Rate High Silicon Cast Iron Anode

Anoda High silicon cast iron anode dipasaran terdapat  dua jenis yaitu anoda bentuk tongkat dan bentuk silinder. Utilisasi atau persentase berat anoda yang dapat dikonsumsi sampai anoda tersebut tidak bisa mengeluarkan arus listrik lagi untuk anoda jenis tongkat sebesar  65 % sedangkan untuk anoda jenis silinder sebesar 85 % dengan dimensi sebagai berikut :

Gambar 6. Dimensi High Silicon Cast Iron Anode Tubular

Berikut merupakan gambar anoda yang baru dan yang sudah dikonsumsi :

Gambar 7. High Silicon Cast Iron Anode yang terkonsumsi

Graphite Anode

Anoda graphite sudah lama digunakan sebagai anoda dalam system impressed current. Bentuk utama dari anoda ini adalah batang  dengan keliling persegi atau lingkaran. Terbuat dari serbuk petroleum coke dan resin coal tar.

Gambar 8. Graphite Anode

Coal tar digunakan sebagai bonding agent untuk mengikat partikel graphite menjadi satu dan kemudian dipanaskan dengan temperature tinggi (diatas 2600 oC) untuk mencampur semua unsur dan dibentuk dalam bentuk batangan kemudian diisikan filler utuk mengurangi porositas dan kelembaban. Filler menggunakan linseed oil, microcrystalline wax atau phenolic based resin, namun ada juga plain graphite anode yaitu graphite anode yang tidak diisikan oleh apapun.

Plain graphite anode digunakan untuk lokasi tanah yang kering atau tanah normal, Graphite anode dengan filler linseed oil digunakan untuk tanah lembab, fresh water, bracket water atau untuk air laut. Ukuran graphite anode adalah sebagai berikut :

Gambar 9. Ukuran Graphite Anode

Dalam tanah dengan backfill dari coke breeze, graphite anode tidak boleh dioperasikan dengan keluaran arus lebih daripada 1 Amper per ft2. Untuk nilai optimum keluaran arus yang biasa digunakan pada lokasi tanah adalah 0,2 Amper/ ft2 atau 1 Amper untuk setiap graphite anode berukuran 3” x 60” . Detail pengoperasian dapat dilihat pada tabel diatas. 

Dengan ukuran keluaran arus sebesar 0,2 A/ft2 seperti diatas maka laju korosinya akan mencapai kira-kira 2 lb/A.year. Pengoperasian dengan keluaran arus yang melebihi 0,2 A/ft2 akan menyebabkan graphite anode rusak, konduktivitas material menurun dikarenakan kerusakan ikatan struktur kimia graphite. Pabrikan anoda dari inggris memberikan spesifikasi laju konsumsi dengan current density seperti tabel berikut.

Gambar 10. Consumption Rate Graphite Anode

Graphite anode sangat rapuh, sering mengalami kerusakan saat pengiriman. Karena itu dalam proses pengiriman atau penyimpanan harus sangat hati –hati dan menggunakan tempat/padding jika diperlukan.

Mixed Metal Oxide

Jenis anode ini adalah jenis yang paling popular untuk pembuatan groundbed impressed current. Jenis ini dikembangkan di eropa mulai tahun 1960, dan diketahui pertama kali digunakan adalah untuk memproteksi jetty di Italy pada tahun 1970. Dengan current density yang sangat tinggi dan beratnya yang sangat ringan membuat anode jenis ini mudah diaplikasikan. Dengan berbagai kelebihannya maka khusus untuk anoda mixed metal oxide dapat dibuatkan tulisan tersendiri.

Referensi :

  1. Barlian Kahuripan, “Modul I Corrosion Control”, Diklat PGN, 2009
  2. Cathodic Protection Co. Ltd, “Impressed Current Anode -Section 2”, British, 2009
  3. Appalachian Underground Corrosion Short Course, “Advanced Course Modul”, West Virginia University, 2013
  4. Divisi Enjiniring, “Standard Teknik Material Onshore Cathodic protection”, PT PGN, 2013
  5. US Army Corp of Engineer, “Cathodic Protection Anode Selection”, Public Work Technical Bulletin, 2001
  6. German Cathodic Protection, “Impressed Current Anode”, GCP, 2014
  7. Anotec Document, “HSCI anode life, Consumption, Utilization and Limitation”, Anotec Industries Ltd, 2005
Bagian Transformer Rectifier

Bagian Transformer Rectifier

BAGIAN - BAGIAN TRANSFORMER RECTIFIER

Pengetahuan secara umum mengenai komponen-komponen yang ada dalam Transformer Rectifier (TR)  harus diketahui oleh teknisi proteksi katodik dikarenakan adanya potensi bahaya besar dalam mengoperasikan TR.

Komponen dasar yang terdapat dalam sebuah TR adalah :

  1. AC Supply
  2. Circuit Breaker
  3. Transformer
  4. Rectifying Element
  5. Meter
  6. DC output Terminal
  7. Fuses
  8. Surge Protector
Gambar 1. Komponen Dasar TR

1. AC Supply

AC supply biasanya berada dalam blok terminal yang berada dI belakang atau dibawah TR.  Jika TR mempunyai dual AC voltage input, maka Transformer primer dibagi menjadi dua bagian yaitu higher voltage input dan lower voltage input. Biasanya switch/saklar berada di dekat AC supply dengan keterangan Higher atau lower AC Input. TR tetap dapat beroperasi ketika saklar di set pada posisi higher AC input tapi menggunakan supply lower AC voltage. Kerusakan dapat terjadi jika TR diset pada posisi lower AC input tetapi mendapat supply dari higher AC voltage.

Gambar 2. Higher AC Input Setting
Gambar 3. Lower AC Input Setting

2. Circuit Breaker

Fungsi utama sebuah circuit breaker adalah untuk melindungi komponen-komponen utama TR dari adanya lonjakan arus dan overload. Namun juga bisa berfungsi sebagai pemutus input AC pada TR.

Circuit breaker dipasang pada jalur AC input dengan tuas berada pada panel TR. Untuk AC input sebesar 115 V biasanya digunakan satu Circuit breaker,sedangkan untuk AC input sebesar 230 Volt atau lebih maka menggunakan 2 buah circuit breaker. Untuk TR 3 fasa menggunakan masing masing satu circuit breaker untuk 3 line.

Terdapat 3 jenis circuit breaker yaitu :

  • Thermal Breaker

Jenis ini mempunyai element bimetal yang dialiri oleh arus listrik. Kelebihan arus yang mengalir akan membuat bimetal panas yang kemudian mengembang dan bergerak berlawanan arah sehingga koneksi terputus. Agar bisa terhubung kembali maka elemen bimetal harus dingin terlebih dahulu.

Gambar 4. Mekanisme Kerja Thermal Breaker
  • Magnetic Breaker

Magnetic breaker tediri dari inti besi yang dililit kawat (Coil) berfungsi sebagai electromagnet. Saat terjadi aliran arus yang menimbulkan medan magnet diatas spesifikasi medan electromagnet normal dari lilitan inti besi maka akan mendorong tuas menjauh sehingga akan memutus arus. Saat terjadi lonjakan arus listrik, magnetic breaker akan memutus arus dengan sangat cepat. Karena itulah TR saat ini pada umumnya menggunakan thermal breaker sebagai pemutus arus.

Gambar 5. Mekanisme Kerja Magnetic Breaker
  • Thermal Magnetic Breaker

Prinsipnya sama dengan Thermal Breaker namun ditambahkan sebuah magnetic plate yang tujuannya adalah mempercepat reaksi ketika terjadi lonjakan arus. Ketika terjadi lonjakan arus istrik maka akan timbul medan electromagnetic pada plate yang kemudian menarik plate pemutus arus dan memutus arus sebelum bimetal element menjadi panas. Thermal magnetic breaker lebih cepat responnya dari pada thermal breaker namun sedikit lebih lambat daripada magnetic breaker.

3. Transformer

Transformer berfungsi untuk menurunkan atau menaikkan supply AC voltage tergantung kebutuhan. Transformer terdiri dari inti besi yang terbuat dari besi lunak berlapis-lapis, lilitan primer yang terhubung dengan input AC voltage dan lilitan sekunder sebagai ouput AC voltage. Untuk Transformer step down akan memiliki lilitan sekunder lebih sedikit dari pada lilitan primernya, sedangkan untuk transformer step up mempunyai lilitan sekunder yang lebih besar daripada lilitan primernya.

Gambar 6. Bagian Sebuah Transformer

Hubungan antara jumlah lilitan dan voltase output adalah sebagai berikut :

Contohnya adalah ketika  sebuah transformer dengan 400 kali lilitan primer dan 100 kali lilitan sekunder diberi voltase input sebesar 115 Volt maka voltase outputnya dapat dicari dengan memasukkan nilai tersebut ke persamaan (asumsi tidak ada kehilangan beban) sebagai berikut :

E secondary (Voltase output) = (E primary x Secondary turn)/ Primary Turns

                                                           = (115 x 100)/400 

                                                           = 28,75 Volt AC

4. Rectifying Circuit

Rectifier terbagi menjadi satu fasa dan 3 fasa. Selain itu berdasarkan jumlah diode yang dipakai maka dapat dibagi menjadi setengah gelombang (1 dioda), center Tap (2 dioda) dan gelombang penuh yakni 4 gelombang. Saat ini tipe rectifier gelombang penuh menjadi standard dalam pembuatan TR.

Gambar 7. Sirkuit TR 1 fasa
Gambar 8. Sirkuit TR 3 Fasa

TR 3 fase mempunyai efisiensi 96,5 % sedangkan TR yang 1 fasa mempunyai efisiensi 81 %. Namun harganya mahal. Modern rectifier menggunakan diode selenium atau diode silicon. Fungsi diode adalah sebagai penyearah arus dengan cara meneruskan arus satu arah dan menahan arus yang berlawanan arah.

Gambar 9. Sinyal input dan output dari Dioda Bridge 1 fasa

5. Meter

DC voltmeter dan ampere meter terinstall pada panel TR dan befungsi untuk memudahkan monitoring operasional TR. DC voltmeter digunakan untuk mengukur voltase arus yang keluar dari terminal. DC ampere meter mempunyai internal shunt, tetapi pada banyak jenis TR, shunt terpasang pada panel TR. Amperemeter harus dikalibrasi sesuai dengan shunt rating nya.

Kebanyakan panel meter setelah sekian lama terpasang tidak pernah dikalibrasi, karena itu sebaiknya meter digunakan untuk sebagai indicator saja, sedangkan untuk mendapatkan nilai actual output, tetap diukur dengan menggunakan multimeter.

Gambar 10. Komponen TR

6. DC Output Terminal

DC output terminal diberi label positif (+) dan negative (–) . Dan juga harus diberi tanda agar terminal positif harus dihubungkan ke kabel anoda dan terminal negative dihubungkan ke pipa. Jika hubungan ini sampai terbalik maka system proteksi katodik tidak akan bekerja dan malah akan mempercepat reaksi korosi pada pipa

Gambar 11. Terminal TR

7. Fuse

Fuse terbuat dari elemen logam yang mempunyai titik lebur rendah yang berfungsi untuk melindungi  komponen yang lebih mahal pada TR dari kerusakan akibat adanya lonjakan arus listrik internal atau overload. Fuses yang baik saat diukur tidak ada nilai voltase yang mengalir, jika ada voltase yang mengalir berarti fuse sudah rusak. Fuse pada TR terdiri dari AC fuse dan DC fuse. AC fuse dipasang antara lilitan sekunder Transformer dan rectifier. Fungsinya untuk melindungi elemen-elemen rectifier dan sisi sekunder transformer. DC fuse dipasang diantara elemen rectifier dan Terminal DC output. Tujuannya untuk melindungi elemen rectifier dari lonjakan arus yang berasal dari pipa. DC fuse bersifat optional, sehingga tidak semua TR ada.

Gambar 12. AC Fuse
Gambar 13. DC Fuse

8. Surge Protector

Surge protector terdiri dari dua jenis, yaitu AC surge protector dan DC surge protector. AC surge protector terletak pada circuit breaker atau pada AC supply. Fungsi dari AC surge protection adalah untuk mencegah powerline faults mengalir menuju ground lewat rectifier. Biasanya jika ada lonjakan arus listrik akibat powerline fault atau petir, maka AC breaker akan trip dan memutuskan koneksi ke AC input.

DC surge protector fungsinya adalah untuk mengarahkan lonjakan arus DC dari pipa menuju anoda untuk digrounding tanpa melewati TR sehingga kerusakan komponen TR dapat dihindari.

Gambar 14. DC Surge Protector

Referensi :

  1. NACE International “CP-2 Cathodic Protection Technician Manual”, Houston, 2009
  2. Appalchian Underground Corrosion Short Course, “Advanced Course Modul”, West Virginia, 2013
  3. Suwandi, “Air cooled Transformer Rectifier”, Reka Cipta makmur Sejahtera, Bekasi, 2013
  4. Brian Holtsbaum “Cathodic Protection Survey Procedures”, NACE International, Houston, 2009
Prinsip Kerja Transformer Rectifier

Prinsip Kerja Transformer Rectifier

PRINSIP KERJA TRANSFORMER RECTIFIER

Sumber arus listrik yang digunakan untuk mengaktifkan system impressed current merupakan bagian yang sangat penting. Sumber listrik  bisa berasal dari DC source seperti aki, solar panel, generator angin dan lain-lain. Dan juga bisa berupa AC source yang berasal dari listrik PLN.

Sumber listrik AC yang paling mudah dan umum digunakan untuk system impressed current adalah Transformer rectifier. Transformer berfungsi untuk menurunkan voltase  AC  PLN sebesar 380 V atau 220 V menjadi voltase operasi yang dibutuhkan sedangkan rectifier berfungsi mengubah arus AC menjadi arus DC yang akan digunakan untuk proteksi katodik. Ada beberapa rectifier yang tidak mempunyai transformer tapi memanfaatkan solid state circuit untuk mengurangi power yang masuk. Jenis ini dinamakan switch mode rectifier.

Transformator (trafo) adalah alat yang digunakan untuk menaikkan atau menurunkan tegangan bolak-balik (AC). Transformator terdiri dari 3 komponen pokok yaitu: kumparan pertama (primer) yang bertindak sebagai input, kumparan kedua (sekunder) yang bertindak sebagai output, dan inti besi yang berfungsi untuk memperkuat medan magnet yang dihasilkan.

Gambar 1. Transformator

Transformator bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik. Ketika lilitan primer dihubungkan dengan sumber arus listrik bolak balik (AC) maka akan timbul fluks magnet. secara ideal semua fluks magnet bersambung dengan lilitan sekunder. Fluks bolak-balik ini menginduksikan GGL dalam lilitan sekunder. Jika efisiensi sempurna, semua daya pada lilitan primer akan dilimpahkan ke lilitan sekunder.

Inti besi lunak dibuat dari pelat yang berlapis-lapis untuk mengurangi daya yang hilang karena arus pusar. Kumparan primer dan sekunder dililitkan pada kaki inti besi yang terpisah seperti gambar berikut :

Gambar 2. Inti Besi dan Lilitan Primer

Dengan model lilitan seperti ini masih terdapat flux yang leakage (bocor) sehingga untuk mengatasi hal ini digunakan model inti besi ditengah dimana lilitan primer dan sekunder berada pada satu inti besi dengan lilitan sekunder diatas lilitan primer.

Gambar 3. Inti Besi di Tengah

Berdasarkan perbandingan antara jumlah lilitan primer dan jumlah lilitan skunder transformator ada dua jenis yaitu:

  1. Transformator step up yaitu transformator yang mengubah tegangan bolak-balik rendah menjadi tinggi, transformator ini mempunyai jumlah lilitan kumparan sekunder lebih banyak daripada jumlah lilitan primer (Ns > Np).
  2. Transformator step down yaitu transformator yang mengubah tegangan bolak-balik tinggi menjadi rendah, transformator ini mempunyai jumlah lilitan kumparan primer lebih banyak daripada jumlah lilitan sekunder (Np > Ns).

Rectifier adalah alat yang berfungsi untuk mengubah gelombang listrik AC dari Transformator atau dari sumber listrik lain menjadi gelombang listrik DC.

Gambar 4. Bentuk Gelombang AC dan DC

Rectifier dibagi menjadi 2 jenis yaitu :

  1. Rectifier setengah gelombang (Half Wave rectifier)
  2. Rectifier gelombang penuh

Rectifier setengah gelombang hanya menggunakan 1 buah diode sebagai komponen utama dalam menyearahkan gelombang AC. Prinsipnya adalah hanya mengambil satu sisi sinyal yaitu sinyal positif dari arus AC untuk dilewatkan dan menahan gelombang sisi sinyal negative sehingga menjadi arus searah (Direct current)

Gambar 5. Prinsip Kwerja Rectifier Setengah Gelombang

Rectifier gelombang penuh merubah semua sisi sinyal baik itu positif ataupun negative menjadi gelombang searah (Direct current). Rectifier gelombang penuh lebih efisien karena tidak ada gelombang yang terbuang, semua dirubah menjadi gelombang DC. Rectifier gelombang penuh dapat dibuat dengan menggunakan 2 dioda atau 4 dioda.