MENGENAL POLARIZED CELL DAN POLARIZED CELL REPLACEMENT

MENGENAL POLARIZED CELL DAN POLARIZED CELL REPLACEMENT

MENGENAL POLARIZED CELL DAN POLARIZED CELL REPLACEMENT. SAFETY PADA JARINGAN PIPA DIBAWAH SUTET

Adanya induksi magnetic dari saluran udara tegangan eksta tinggi (SUTET) baik itu High voltage AC Transmission Line (HVAC) atau High Voltage DC Transmission Line (HVDC) menyebabkan 3 hal yaitu :

  1. Kejutan listrik tegangan tinggi
  2. Korosi pada pipa
  3. Kerusakan coating
Gambar 1. Korosi Oleh Arus AC

Salah satu  cara untuk melakukan mitigasi terhadap adanya pengaruh tegangan tinggi ini adalah membuat grounding pipa dengan menggunakan metal  seperti zinc, magnesium, baja atau tembaga. DC decoupler seperti kapasitor polarized cell atau polarized cell Replacement (PCR) yang disambungkan ke pipa dan digrounding secara terpisah akan lebih efektif dibandingkan dengan menghubungkan logam yang lebih mulia ke pipa secara langsung. DC decoupler akan menyalurkan arus AC ke grounding namun menahan arus DC ikut keluar. Karena itu potensial proteksi tidak terganggu.

Pemasangan polarized cell, decoupler atau polarized cell replacement  berfungsi untuk mengurangi risiko tegangan tinggi yang diakibatkan oleh petir ataupun sutet pada peralatan logam yang berada di atas tanah disekitar lokasi berbahaya. Step potensial dan touch potensial yang timbul harus dapat diminimalisir hingga mencapai nilai yang dipersyaratkan. Step potensial adalah perbedaan voltase yang terjadi pada daerah yang terkena AC interference dikarenakan langkah personil tanpa personil tersebut menyentuh material logam apapun. Sedangkan touch potensial adalah perbedaan voltase yang timbul saat personil menyentuh material/struktur yang terpengaruh dengan AC interference. Selain itu ada juga kasus special yang disebut transferred potensial dimana beda potensial terjadi saat personil menyentuh material/struktur yang jauh dari pusat transfer, namun tetap terkena efeknya.  Biasanya terjadi karena sambaran petir atau adanya kelebihan beban SUTET yang mengalir lewat grounding.

Gambar 2. Efek Arus AC tegangan Tinggi
Gambar 3. Transfered Potential

Polarized Cell adalah sebuah alat yang berfungsi untuk membuang high voltage AC dan DC yang mengalir pada pipa ketanah sehingga tidak mebahayakan personil.

Sebuah polarization cell  harus mempunyai karakteristik sebagai berikut :

  1. Mempunyai tahanan yang sangat tinggi terhadap arus DC sistem proteksi katodik. Maksudnya adalah agar arus DC sistem proteksi katodik tidak ikut terbawa keluar dari pipa.
  2. Mempunyai tahanan yang rendah terhadap high voltage DC seperti petir
  3. Mempunyai tahanan yang rendah terhadap low ataupun high voltage AC current.
  4. Mampu secara bersamaan melewatkan arus AC namun mencegah aliran voltase DC dari sistem proteksi katodik
  5. Tidak terpengaruh terhadap tegangan transient dan lonjakan listrik
  6. Mampu melewatkan ribuan ampere arus listrik akibat adanya fault current dari SUTET dalam waktu ½ detik ( 30 cycles)
  7. Membutuhkan sangat sedikit perawatan
  8. Tidak terpengaruh oleh perubahan lingkungan

Polarization Cell pertama kali dibuat oleh Kirk engineering Company di Alabama Amerika Serikat. Karena itu terkenal juga dengan sebutan Kirk Cell.

Gambar 4. Polarization Cell

Bagian dari polarization cell adalah

  • Susunan Multiple plate yang terbuat dari Stainless Steel 300
  • Cairan elektrolite alkaline yang terbuat dari larutan potassium Hydroxide dengan resistance dibawah 2 ohm/cm3
  • Lapisan tipis minyak ( tebal sekitar ½ inch) yang berfungsi untuk mencegah larutan elektrolit menguap dan mencegah masuknya oksigen dari luar kedalam elektrolit.
  • Casing yang terbuat dari plastic tahan terhadap larutan basa dan minyak serta bersifat insulation. Terdapat lubang yang terbuka diatas casing untuk memudahkan penambahan level dari larutan elektrolit
  • Dua buah cell terminal.

Terdapat 3 type kirk cell yang dijual dipasaran, yaitu :

Gambar 5. Jenis - Jenis Kirk Cell

Polarization Cell juga dapat dibuat dengan menggunakan nikel plate seperti yang dibuat oleh Rustrol Sebagai berikut :

Gambarr 6. Rustrol Polarization Cell

Rustrol polarization cell terbuat dari plate nikel yang berada dalam larutan elektrolit KOH. Cara kerjanya adalah permukaan pada plate-plate tersebut akan terpolarisasi secara otomatis ketika struktur logam yang terpisah kontak pada terminal yang berlawanan. Lapisan film yang terbentuk akan memblok DC voltage dari sistem proteksi katodik dan melewatkan AC voltage untuk diteruskan ke tanah sehingga mencegah personil tersengat aliran listrik yang mengalir pada sturuktur pipa atau fasilitasnya. Rustrol polarization cell dapat meneruskan arus lisrik AC lebih dari 100 KA dan dapat menahan 1.7 Volt DC.

Dikarenakan polarization cell ini masih membutuhkan perawatan walaupun sedikit dan menggunakan larutan elektrolit yang berbahaya, maka muncul teknologi baru yang kemudian terkenal dengan nama polarization Cell Replacement (PCR)

Kelebihan dari Polarization Cell Replacement dibandingkan polarization Cell selain bebas perawatan, dan tidak menggunakan cairan elektrolit adalah mempunyai kemampuan menahan DC Voltage yang lebih tinggi. Sehingga terkadang satu Polarization Cell Replacement dapat menggantikan dua buah polarization cell. Selain itu Polarization Cell Replacement ini juga mudah dalam instalasi dan pengoperasian.

Gambar 7. Polarization Cell Replacement (PCR)
Gambar 8. Salah Satu Model Instalasi PCR

Pada pemasangan Polarization Cell Replacement diusahakan  agar Polarization Cell Replacement  menempel pada struktur dan kabel konduktor yang digunakan sependek mungkin. Jika digunakan untuk memproteksi antara struktur yang terporteksi katodik dan grounding maka Terminal negative pada Polarization Cell Replacement dihubungkan dengan struktur pipa, dan terminal postifi dihubungkan ke grounding pada tanah.

Jika digunakan untuk memproteksi antara kedua struktur yang diproteksi oleh sistem proteksi katodik yang berbeda maka terminal negative dihubungkan pada struktur yang lebih negative, dan terminal positive pada struktur yang lebih positif.

Pengujian lapangan saat instalasi perlu dilakuakn dengan cara sebagai berikut :

  1. Mengukur voltase open circuit antar terminal dari sebuah Polarization Cell Replacement. Nilai yang didapatkan harus mendekati DC blocking rating dari Polarization Cell Replacement tersebut ( Normalnya adalah -3.0 volt/+ 1.0 V atau ± 2.0 Volt).
  2. Mengukur steady state short circuit AC current dengan menggunakan clamp on multimeter. Nilai yang didapat tidak boleh melebihi nilai AC current rating sesuai spesifikasi.
  3. Setelah Polarization Cell Replacement diinstall maka perlu dilakukan pengukuran potensial proteksi katodik pada pipa sebelum dan sesudah PCR, dengan maksud untuk membuktikan bahwa Polarization Cell Replacement tidak meneruskan voltase DC sistem proteksi katodik ke grounding.

Polarization Cell Replacement tidak memerlukan kegiatan maintenance rutin, namun jika nilai potensial proteksi katodik yang dekat dengan Polarization Cell Replacement mempunyai nilai yang rendah dan tidak normal, maka ada kemungkinan bahwa Polariation Cell Replacement tersebut perlu untuk diperbaiki.

Referensi :

  1. Kirk Patrick, “Polarization Cell, A versatile New Tools for Corrosion Engneering”, International Corrosion Forum, Chicago, 1974
  2. Rustrol, “Polarization Cell”, Cathodic Protection Limited, London
  3. Dairyland Electrical Industries,”Polarized Cell replacement”, Technical Literature, Winconsin
  4. Tony G rizk and Nigel Strike, “Control Of DC and AC Interference”,EMS Presentation, 2008
  5. Dairyland Electrical Industries,”Polarized Cell replacement”, Instalation Instruction, Winconsin
AC INTERFERENCE DARI SALURAN UDARA LISTRIK  TEGANGAN TINGGI (SUTT/SUTET)

AC INTERFERENCE DARI SALURAN UDARA LISTRIK TEGANGAN TINGGI (SUTT/SUTET)

AC INTERFERENCE DARI SALURAN UDARA LISTRIK TEGANGAN TINGGI (SUTT/SUTET)

SUTET atau Saluran Udara Tegangan Ekstra Tinggi merupakan media pendistribusian listrik oleh PLN berupa kabel dengan tegangan listriknya dinaikkan hingga mencapai 500kV yang ditunjukkan untuk menyalurkan listrik dari pusat pembangkit listrik menuju pusat-pusat beban yang jaraknya sangat jauh.

Tujuan penaikan tegangan listrik tersebut adalah untuk mengurangi energi listrik yang terbuang akibat diubah menjadi energi panas saat melewati kabel listrik sehingga energi listrik bisa disalurkan secara efisien. Hal tersebut penting dilakukan mengingat keadaan geografis dari Indonesia itu sendiri yang sangat luas dan terdiri atas pulau-pulau dimana tidak semua pulau memiliki sember daya alam yang mampu diolah menjadi energi listrik sedangkan listrik merupakan kebutuhan pokok masyarakat dan industri yang harus dibagi secara merata ke tiap-tiap daerah demi mewujudkan “Keadilan Bagi Seluruh Rakyat Indonesia”.

SUTET sendiri dapat dikelompokkan menjadi dua yaitu SUTET pipa bawah tanah atau bawah air, dan SUTET kontsruksi udara. Indonesia sebagai negara yang berbentuk kepulauan menggunakan kedua jenis SUTET ini, SUTET bawah air digunakaan untuk mendistribusikan listrik antar satu pulau dengan pulau lain, sedangkan SUTET kontruksi udara digunakan untuk mendistribusikan listrik di darat. Di negara-negara yang memiliki wilayah sangat luas seperti USA dan Russia digunakan tegangan yang lebih tinggi dari 500kV, dan diistilahkan dengan Saluran Udara Tegangan Ultra Tinggi (SUTUT) yang besarnya berkisar 765kV sampai 1100kV dimana jenis saluran yang digunakan adalah kontstruksi udara karena biaya pambuatan serta perawatannya lebih murah dan mudah.

SUTET dapat menimbulkan 3 jenis AC interference sebagai berikut :

  1. Electrostatic interference

Disebut juga capasitive interference. Terjadi hanya pada struktur yang berada diatas permukaan tanah. Ini merupakan jenis interference yang umum terjadi pada SUTET. Terjadi karena adanya akumulasi elektrostatis antara saluran listrik dan pipa yang berada diatas permukaan. Biasanya terjadi saat fase penggelaran pipa ketika konstruksi berlangsung. Capacitive interference ini sangat berbahaya karena dapat menimbulkan kejutan listrik sangat besar. Karena itu perlu diberikan grounding pada pipa tersebut sebelum ditanam.

Gambar 1. Electrostatic Interference
Gambar 2. Pemberian Grounding

2. Electromagnetic Interference

Electromagnetic interference atau Inductive interference terjadi pada pipa above groung dan underground melewati Saluran udara tegangan ekstra Tinggi (SUTET) yang mempunyai saluran 3 phase dikarenakan ketidakseimbangan antar phase. Adanya medan electromagnet disekitar SUTET akan menimbulkan tegangan listrik. Perbedaan tegangan listrik yang berada di pipa dan dilingkungan sekitar akan menyebabkan arus listrik mengalir lewat pipa. Prinsip ini sama dengan prinsip transformator. Sebuah Transformator yang sederhana pada dasarnya terdiri dari 2 lilitan atau kumparan kawat yang terisolasi yaitu kumparan primer dan kumparan sekunder. Pada kebanyakan Transformator, kumparan kawat terisolasi ini dililitkan pada sebuah besi yang dinamakan dengan Inti Besi (Core).  Ketika kumparan primer dialiri arus AC (bolak-balik) maka akan menimbulkan medan magnet atau fluks magnetik disekitarnya. Kekuatan Medan magnet (densitas Fluks Magnet) tersebut dipengaruhi oleh besarnya arus listrik yang dialirinya. Semakin besar arus listriknya semakin besar pula medan magnetnya. Fluktuasi medan magnet yang terjadi di sekitar kumparan pertama (primer) akan menginduksi GGL (Gaya Gerak Listrik) dalam kumparan kedua (sekunder).  

Gambar 3. Transformator
Gambar 4. Magnetic Field
Gambar 5. Electromagnetic Inductive

3. Resistive Interference

Interference jenis ini dikenal juga Ohmic Interference atau conductive interference, terjadi hanya sekali –sekali saja dan sesaat. Terjada untuk pipa underground yang disebabkan oleh adanya grounding fault dari saluran listrik tegangan tinggi atau adanya sambaran petir yang mengalir lewat grounding di menara SUTET. Maka akan terjadi transfer listrik tegangan tinggi pada pipa disekitar grounding menara yang mengalir ke test box dan tanah disekitar menara. Dikarenakan voltase yang terjadi akibat resistive interference ini bisa mencapai 15.000 V maka kerusakan dinding pipa dan coating akibat tegangan tinggi menjadi perhatian utama. Selain itu isu safety personil juga menjadi sangat penting, Oleh karena itu ketika melakukan inspeksi didaerah SUTET pemakaian sarung tangan karet dan sepatu karet sangat disarankan.

Gambar 6. Resistive Interference

Adanya AC interference tersebut dapat menimbulkan  setidaknya 3 hal yaitu :

  1. Kejutan listrik tegangan tinggi
  2. Korosi pada pipa
  3. Kerusakan coating

Karena itu berdasarkan standard NACE RP 0177 tahun 2000 menyatakan bahwa voltase AC yang mengalir pada pipa tidak boleh lebih dari 15 Volt diukur dengan menggunakan Copper-Copper Sulfat electrode (CSE) dengan arus listrik tidak lebih dari 5 mA untuk mengurangi efek kejutan listrik terhadap manusia sesuai tabel berikut :

Gambar 7. Nilai Arus AC yang Berefek Terhadap Manusia

Safety terhadap personil mengacu kepada step potensial dan touch potensial. Step potensial adalah perbedaan voltase yang terjadi pada daerah yang terkena AC interference dikarenakan langkah personil tanpa personil tersebut menyentuh material logam apapun. Sedangkan touch potensial adalah perbedaan voltase yang timbul saat personil menyentuh material/struktur yang terpengaruh dengan AC interference. Selain itu ada juga kasus special yang disebut transferred potensial dimana beda potensial terjadi saat personil menyentuh material/struktur yang jauh dari pusat transfer, namun tetap terkena efeknya.  Biasanya terjadi karena sambaran petir atau adanya kelebihan beban SUTET yang mengalir lewat grounding.

Gambar 8. Efek AC Interference
Gambar 9. Transfered Potential

Ada beberapa cara untuk melakukan mitigasi terhadap AC interference, diantaranya adalah :

  1. Memisahkan dengan jarak yang cukup jauh antara pipa dan SUTET sehingga pipa tidak terkena AC interference
  2. Membuat grounding pipa dengan menggunakan galvanic anode yang didistribusikan merata di lokasi yang terkena efek AC interference
  3. Membuat grounding pipa dengan menggunakan metal seperti zinc, magnesium, baja atau tembaga. DC decoupler seperti kapasitor polarized cell atau polarized cell Replacement (PCR) yang disambungkan ke pipa dan digrounding secara terpisah akan lebih efektif dibandingkan dengan menghubungkan logam yang lebih mulia ke pipa secara langsung. DC decoupler akan menyalurkan arus AC ke grounding namun menahan arus DC ikut keluar. Karena itu potensial proteksi tidak terganggu.
  4. Penggunaan insulaing joint atau insulating flange untuk membatasi efek AC interference
  5. Peralatan pengaman terhadap adanya step dan touch potensial yaitu gradient mat atau gradient grid

Gradient mat atau ground mat adalah konduktor yang terbuat dari metal yang dibentuk seperti karpet dan ditanam di dalam tanah sekitar lokasi struktur yang berpotensi untuk tersentuh personil atau menimbulkan step potensial. Ground mat dapat dibuat dari apa saja, namun pada umunya terbuat dari zinc ataupun magnesium. Ground mat ini harus terkoneksi dengan pipa sehingga tidak ada perbedaan potensial antara ground mat dan pipa.

Gambar 10. Ground Mat
Gambar 11. Instalasi Ground Mat

Referensi :

  1. Andre, “Dampak Radiasi Listrik tegangan Tinggi”, http://andre-electro.blogspot.com/2011/01/penelitian-dan-dampak-sutet.html
  2. NACE RP 0177, “Mitigation of Alternating Current and Lightning Effects on Metallic Structures and Corrosion Control Systems”, NACE International, 2000
  3. Bryan Evans, “Induced AC interference Corrosion and Mitigation”, Corrosion and Integrity Solution, 2013
  4. Ang im Kang, “AC Interference Effect From HVAC Powerline Into Underground Stell pipe”, Corrtrol, 2014
  5. NACE, “CP-2 Cathodic Protection Technician Course Manual”, NACE international, 2009