MENGENAL PERALATAN MONITORING SISTEM PROTEKSI KATODIK

Dalam melakukan pengukuran proteksi katodik dilapangan maka terdapat 2 instrument yang tidak akan bisa ditinggalkan oleh teknisi proteksi katodik yaitu multimeter dan half cell Cu/CuSO4. Semua pengukuran menggunakan insrumen ini, baik kedua-duanya maupun salah satunya.

Multimeter yang sekarang biasa digunakan adalah multimeter digital. Menurut standard ISO 15589-1 2003 multimeter atau khususnya voltmeter yang digunakan harus mempunyai akurasi ± 5 mV untuk pengukuran range 0 sampai dengan 10 Volt (pengukuran potensial). Dan akurasi 0.5 mV untuk range 0 sampai dengan 1 V (pengukuran gradient). Minimal input impedancy adalah 10 mega Ohm dan untuk pengukuran dengan soil resistivity yang tinggi, diperlukan multimeter dengan input impedansi minimum adalah 100 mega ohm.

Gambar 1. Multimeter

Sebagian besar multimeter yang digunakan sekarang mempunyai nilai impedansi 10 mega Ohm, kelihatannya sudah cukup besar, namun ternyata untuk beberapa kondisi ternyata nilai 10 mega ohm tidaklah cukup, sehingga diperlukan nilai input impedansi minimal 100 mega ohm.

Sebagai contoh adalah jika nilai potensial pipa adalah -900 mV dan mempunyai tahanan kabel sekitar 10 kilo ohm, nilai ini adalah sama dengan 0,1 % dari 10 mega ohm. Jadi 0,1 % voltage drop terjadi pada kabel, dan 99.9 % akan diukur oleh multimeter. Voltage drop kecil dan bisa diabaikan.

Namun bagaimana jika pipa berada pada lingkungan beton, batu-batuan atau tanah yang kering, nilai tahanan tanah untuk lokasi tersebut bisa 1 mega ohm bahkan lebih. Maka total tahanan sirkuit menjadi 11 mega ohm, dengan 90 % tahanan pada multimeter dan 10 % tahanan diluar multimeter. Maka voltage drop menjadi 90 mV dan yang terukur pada multimeter adalah -810 mV.

Dalam sebuah pengukuran, terdapat sirkuit sebagai berikut :

 Secara ideal nilai Etrue yang muncul pada meter merupakan nilai pengukuran potensial antara pipa dan ekektroda standard. Karena sirkuit pengukuran adalah sirkuit seri, maka nilai voltage drop yang timbul pada multimeter sebanding dengan ratio impedansi/tahanan meter dengan total tahanan sirkuit.

Dalam sebuah pengukuran, berlaku hukum voltase Kirchoff yaitu nilai E true adalah jumlah seluruh voltage drop yang terjadi pada seluruh sirkuit sebagai berikut :

Jika Vcirc adalah jumlah dari seluruh voltage drop maka persamaan menjadi

Jika semua sisi kiri dibagi dengan E true persamaan menjadi :

Tetapi :

Maka persamaan menjadi :

Dan :

Maka persamaan final menjadi :

Nilai  voltase yang muncul di multimeter (Vm) dibandingkan dengan perbedaan potensial yang sesungguhnya (E true) sebanding dengan ratio Tahanan meter dengan total tahanan.

Sebagai contoh jika E true adalah 1000 mV, dan tahanan kabel masing-masing pada multimeter adalah 0,01 ohm. Tahanan dari pipa ke tanah (R pe)  adalah 10 ohm. Tahanan elektroda standard ke tanah (R re) adalah 100 kilo ohm. Dan tahanan meter adalah 1 mega ohm, maka nilai voltase yang muncul pada voltmeter adalah :

Berdasarkan persamaan final :

Dengan memasukkan nilai   yang ada :

Maka persentase error dari multimeter tersebut adalah :

Jika nilai tahanan atau impendansi dari meter tersebut dinaikkan hingga 10 mega ohm, maka voltase pengukuran menjadi 990 mV sehingga error dari multimeter akan berkurang menjadi tinggal 1 % saja.

Nilai voltage drop pada multimeter mendekati nilai potensial yang sebenarnya jika nilai rasio tahanan meter dibandingkan tahanan total mendekati 1 (Rm/Rt ~ 1) Karena itulah voltase yang melewati multimeter akan mendekati voltase yang sebenarnya jika tahanan pada multimeter jauh lebih besar dibandngkan tahanan pada sirkuit.

Tahanan pada sirkuit yang lebih tinggi daripada tahanan pada multimeter harus dihindari. Tahanan Elektroda standard yang kontak dengan permukaan bisa menjadi sumber error ketika elektroda standard diletakkan pada tanah kering, gravel, batu kerikil, tanah beku, aspal atau beton. Untuk mengurangi error maka tahanan tanah di sekitar elektroda standard dapat dikurangi dengan cara memberikan air sehingga tanah menjadi basah. Untuk daerah yang ekstrem, tahanan yang rendah didapatkan dengan membuat lubang permanen hingga mendekati pipa dengan cara dibor.

Gambar 2. Posisi Meletakkan Elektroda Standard

Sebagai sebuah alat ukur, maka multimeter kemungkinan juga bisa mengalami kesalahan pengukuran, karena itu perlu untuk dilakukan kalibrasi.

Gambar 3. Multimeter Terkalibrasi

Kalibrasi dapat dilakukan dengan menggunakan pihak ketiga yang sudah mendapatkan akreditasi nasional maupun dilakukan sendiri dengan menggunakan sebuah kalibrator.

Gambar 4. Kalibrator Multimeter

FLUKE sebagai pabrikan pembuat multimeter yang terkenal, mengeluarkan sebuah multikalibrator dengan seri 5502 A. Dengan multikalibrator ini maka multimeter dapat dikalibrasi secara periodic setahun sekali, dan juga dapat menerima jasa kalibrasi dari perusahaan lain.

Selain menggunakan  alat kalibrasi, maka sebetulnya sebuah multimeter yang sudah dikalibrasi dapat digunakan untuk mengecek kondisi multimeter lain yang belum dikalibrasi. JIka nilainya masih dalam batas toleransi error ( ± 5 mV) maka multimeter masih dapat digunakan.

Half Cell Cu/CuSO4 sebagai alat monitoring yang kedua juga perlu dirawat agar mendapatkan pengukuran yang maksimal. Half cell terdiri dari tiga bagian, yaitu body half cell, tutup berpori dan batang tembaga.

Gambar 5. Bagian Elektroda Standard

Half cell perlu dikalibrasi, karena itu teknisi katodik dilapangan setidaknya memiliki 2 buah half cell. Satu buah disimpan baik di kantor atau dirumah sebagai standard kalibrasi dan satu lagi digunakan dilapangan. Minimal seminggu sekali, half cell yang digunakan dilapangan harus dikalibrasi dengan half cell yang disimpan dengan cara berikut :

Gambar 6. Kalibrasi Elektroda Standard
  1. Hubungkan kabel multimeter yang berwarna hitam ke half cell yang tersimpan baik, dan kabel merah ke half cell yang dipakai sehari-hari.
  2. Masukkan kedua half cell tersebut ke dalam bejana berisi air biasa atau air distilasi dan kemudian tunggu sekitar 5 menit
  3. Atur posisi multimeter pada voltmeter maka lihat selisih antara keduanya. JIka selisihnya diluar range ± 5 mV, maka itu pertanda sebuah half cell perlu dibersihkan dan diganti larutannya.

Larutan yang dimasukkan haruslah larutan Cu/CuSO4 jenuh. Pertanda jenuh adalah jika Kristal CuSO4 yang kita larutkan dalam air, tidak bisa melarut lagi. Sehingga timbul endapan dibawah botol. Selain itu warnanya adalah biru cerah dan pekat. Larutan Copper sulfat tidak jenuh berwarna jernih dan masih melarut jika ditambahkan Kristal padat dan dikocok.

Gambar 7. Warna Larutan CopperSulphate

Selisih nilai potensial pengukuran antara larutan jenuh dan tidak jenuh yang kita masukkan kedalam half cell bisa mencapai 22 mV, karena itu larutan copper sulphate harus benar-benar diperhatikan.

Gambar 8. Selisih Error Multimeter

Referensi :

  1. ISO 15589-1 2003, “petroleum and Natural Gas Industries-Cathodic Protection of Pipeline Transportation System”, 2003
  2. James R Dimond, Frank J. Ansuini, “Effect on Measurement and Instrumentation Errors on Potential Readings”, NACE International, Texas, 2001
  3. CP 3 – Cathodic Protection Technologist Course Manual, NACE International, 2007