DASAR LISTRIK BAGI TEKNISI PROTEKSI KATODIK (CATHODIC PROTECTION)

Bekerja sebagai seorang teknisi proteksi katodik setidaknya kita harus paham mengenai dasar listrik karena kita akan banyak bermain dengan yang namanya arus listrik, tegangan AC/DC, tahanan listrik, anoda, katoda dan banyak sekali istilah listrik. Jika kita tidak memahami dasar – dasar listrik sama sekali, maka akan sulit memahami proses bekerjanya system proteksi katodik dan melakukan analisa jika system proteksi katodik mengalami kerusakan.

Salah satu konsep dasar yang banyak digunakan adalah Ohm Law yang ditemukan oleh George Simon Ohm pada tahun 1828 mengenai keterkaitan antara voltase, arus dan tahanan listrik. Hampir disemua peralatan yang bekerja dengan arus listrik baik itu arus listrik AC maupun DC menggunakan Ohm law. Karena itu kita akan mendefinisikan untuk voltase, arus dan tahanan.

Voltage (E atau V)

Voltage dapat didefinisikan sebagai perbedaan potensial. Potensial berkaitan dengan kemampuan untuk melakukan kerja. Bila kita melakukan pengukuran antara kedua terminal pada sebuah baterai, pada dasarnya adalah kita mengukur perbedaan potensial antara kedua terminal tersebut. Voltage disebut juga dengan electromotive force atau kemampuan untuk memaksa electron mengalir.  Karena itu symbol untuk voltage sering ditulis E yang diambil dari Electromotive Force. Satuan untuk Voltage adalah “Volt”

Current (I)

Current atau arus listrik dapat didefiniskan sebagai aliran electron. Ketika terjadi perbedaan potensial antara kedua terminal, maka akan terjadi aliran electron dari potensial yang lebih negative menuju potensial yang lebih positif. Aliran electron inilah yang disebut dengan arus listrik. Arus listrik dilambangkan dengan symbol I yang diambil dari kata Intensity. Maksudnya adalah pengukuran dilakukan untuk mengetahui seberapa sering atau konsentrasi dari electron yang mengalir. Satuan dari arus adalah ampere (A).

Resistance (R)

Resistance atau tahanan didefiniskan sebagai penghambat arus listrik mengalir. Tergantung dari struktur material yang terdapat dalam bahan maka sebuah bahan dapat bersifat konduktor, semi konduktor atau isolator. Sifat bahan ini tergantung dari jumlah electron yang dapat membantu aliran listrik mengalir ketika perbedaan potensial terjadi pada bahan tersebut. Konduktor mempunyai banyak electron bebas, karena itulah arus listrik mudah mengalir. Semi konduktor mempunyai lebih sedikit electron bebas, karena itu jumlah arus yang mengalir terbatas. Sedangkan isolator  mempunyai sangat sedikit electron bebas, karena itu mempunyai kemampuan menghambat arus listrik dengan sangat kuat. Satuan dari tahanan adalah Ohm, yang diambil dari nama penemu ohm law yaitu George Ohm dan sering ditulis dengan lambang omega ( Ω ). Simbol dari tahanan adalah R diambil dari kata Resistance.

Ohm Law

George Ohm pada tahun 1828 melakukan penelitian terhadap hubungan antara ketiga istilah diatas dengan membuat sebuah rangkaian yang sederhana.

Dari rangkain tersebut diketahui bahwa ketika voltase yang mengalir konstan, maka arus dan tahanan akan saling berlawanan atau dengan kata lain ketika arus listrik naik maka tahanan akan turun begitu sebaliknya.

Ketika pada rangkaian tersebut dijaga tahanan secara konstan, maka nilai arus berbanding lurus dengan voltase atau dengan kata lain ketika voltase dinaikkan maka arus listrik juga naik begitu sebaliknya.

George Ohm menemukan bahwa hubungan antaranya ketiganya adalah tetap seperti ini tidak pernah berubah. Karena itulah dapat dirumuskan dalam persamaan matematis :

                                                                                                                   E = I x R

Jika kita mempunyai arus sebesar 2 A  dan tahanan sebesar 10 ohm maka kita akan mendapatkan voltase sebesar 2 x 10 = 20 volt. Jika kita menggunakan arus sebesar separuhnya yaitu 1 A dengan tahanan tetap 10 ohm maka voltase yang didapat adalah 10 V atau turun 50 %. Hal ini membuktikan kesimpulan dari George bahwa arus dan voltase berbanding lurus, jika arus turun 50 % maka voltase juga turun 50 %.

Ada cara yang mudah untuk mengingat hukum ohm ini, cara ini disebut dengan magic circle atau magic triangle.

Gambar 4. Magic Circle

cara menggunakan magic circle adalah sebagai berikut :

  1. Untuk mengetahui persamaan mencari nilai voltase maka tutup huruf E yang berarti voltase sebagai berikut :

Maka akan didapatkan persamaan E = I x R

2. Untuk mengetahui persamaan mencari nilai arus maka tutup huruf I sehingga didapatkan persamaan E = I ÷ R dalam gambar  berikut :

3. Untuk mengetahui persamaan mencari nilai tahanan maka tutup huruf R pada gambar berikut :

Maka akan didapatkan persamaan  R = E ÷ I

 Selain dari hukum ohm , maka ada satu lagi hukum yang penting untuk diketahui yaitu  hukum Kirchoff yang ditemukan oleh ilmuwan jerman yang bernama Gustav Kirchoff pada tahun 1945. Ada 2 hukum yang ditemukan kirchof berkaitan dengan arus dan voltase.

Current Law atau Hukum arus

Hukum arus ini disebut juga sebagai hukum pertama  Kirchoff yang berbunyi  “Jumlah arus yang masuk pada sebuah persambungan sama dengan jumlah arus yang keluar pada persambungan tersebut” atau jika dituliskan dengan persamaan adalah :

                                                                                                                 i2 + i3 = i1 + i4

sebagai contoh jika arus yang masuk sebesar 6 A maka yang keluar adalah sama dengan jumlah (2 A + 3A + 1A ) = 6 A

Voltage Law atau Hukum Voltase

Hukum voltase ini disebut juga dengan hukum Kirchoff kedua yang berbunyi “Jumlah dari semua beda potensial yang ada dalam satu sirkuit tertutup sama dengan nol” atau dengan kata lain adalah jumlah dari sumber arus yang ada dalam sebuah siklus tertutup sama dengan nilai voltage drop pada semua tahanan yang ada di sirkuit tersebut.

Sebagai contoh adalah :

 Jumlah sumber voltase sebesar 12 V + 12 V = 24 V sama dengan jumlah voltase yang drop yaitu 8 V + 8 V + 8 V = 24 V

Driving voltage sebesar 24 Volt mengalir pada sebuah sirkuit tertutup dengan 3 resistor dengan nilai yang sama, maka pada masing-masing resistor menahan voltase sebesar 8 V. Jika digunakan resistor dengan nilai yang berbeda-beda maka nilai voltage dropnya tetap sebesar 24V.

Kegunaan kedua hukum tersebut dalam system proteksi katodik adalah untuk menghitung dan memprediksi jumlah arus ataupun voltase yang akan mengalir dalam sebuah rangkaian seri atau parallel.

Rangkaian seri adalah sebuah sirkuit tertutup dengan sumber arus yang sama mengalir sepanjang sirkuit dan kemudian kembali kepada sumber arus semula. Rangkaian seri dapat ditemukan pada rangkaian kabel TR ke groundbed dan kabel dari galvanic anoda ke pipa. Rangkain seri mempunyai sifat :

  • Nilai arus diseluruh bagian rangkaian adalah sama
  • Nilai voltage drop tergantung dari masing – masing tahanan yang ada

Jumlah Tahanan total adalah sama dengan jumlah nilai masing-masing tahanan.

Sebagai contoh jika diketahui E1 = 5 V, E2 = 5 V dan R1 = 5 ohm, R2 = 3 ohm dan R3 = 2 ohm maka berdasarkan sifat rangkaian seri dan hokum ohm dan kirchoff dapat dicari :

Voltase total  ( Et ) = 5 V + 5 V = 10 Volt

Tahanan Total (Rt) = 5 ohm + 3 ohm + 2 ohm = 10 ohm

Arus Total (It) = Et/Rt = 10 / 10 = 1 A

Voltage drop untuk masing – masing tahanan

E1 = I1 x R1 = 1 x 5 = 5 V

E2 = I2 x R2 = 1 x 3 = 3 V

E3 = I3 x R3 = 1 x 2 = 2 V

Maka jumlah voltage dropnya adalah 5 v+ 3V + 2 V = 10 Volt

Voltase total = jumlah total voltage dropnya, maka dengan ini hukum kirchoff 2 terbukti.

Referensi :

  1. NACE International , “CP-1 Cathodic Protection tester Manual”, USA 2007.
  2. .http://en.wikipedia.org/wiki/Kirchhoff%27s_circuit_laws