PENGUKURAN CURRENT MEASUREMENT TEST STATION (bagian 1)

Current Measurement Test station (CMTS) atau yang disebut juga dengan Pipeline Current Span Test station dalam NACE manual merupakan sebuah test station yang digunakan untuk mengukur besarnya arus katodik yang mengalir dalam struktur pipa. Pengukuran ini sangat penting untuk analisa system proteksi katodik dalam sebuah section system proteksi katodik karena dengan mengetahui profil penurunan arus katodik dalam struktur pipa, maka akan dapat segera dketahui lokasi kehilangan arus sehingga dapat segera dicari penyebabnya dan dimitigasi. Penyebab kehilangan arus katodik dalam sebuah pipa biasanya adalah karena pipa kontak, coating defect dan stray current.

CMTS umum terpasang untuk system proteksi katodik impressed current. Untuk sebuah struktur yang panjang dimana tahanan pipa berpengaruh maka semakin jauh pipa dari sumber arus katodik, maka arusnya akan semakin kecil. Penyusutan nilai arus katodik ini dinamakan atenuasi.

Secara ideal, pipa dengan system proteksi katodik impressed current mengalami atenuasi secara linear seperti gambar berikut :

Gambar 1. Profil Arus Katodik dalam sebuah Pipa yang terlindungi

Namun jika kemudian pipa mengalami kontak dengan struktur logam lain atau mengalami coating defect maka akan terjadi atenuasi secara drastis seperti yang digambarkan dengan garis putus-putus pada gambar berikut :

Gambar 2. Profil Arus Katodik dalam sebuah Pipa yang kontak dan cacat coating

Terjadinya drop arus pada titik C dan D (garis putus-putus)dalam jumlah besar merupakan indikasi adanya arus yang keluar dari pipa dengan jumlah besar. Penurunan arus ini hanya dapat terjadi jika terdapat pipa kontak ataupun stray current. Stray current dapat diketahui dengan pengukuran potensial pipa yang mengayun naik turun atau jika kita pasang interrupter pada sumber maka potensial logam ikut terinterupt.

Adanya penurunan arus antara titik B dan C setelah kontak dengan struktur lain ditangani (garis lurus) menandakan adanya coating defect. Tindakan mitigasi untuk hal ini adalah mengadjust Transformer rectifier dengan arus yang lebih besar atau melakukan perbaikan coating. Pemilihan tindakan mitigasi tergantung kemudahan dalam melakukannya.

Dengan adanya CMTS maka akan dapat dengan mudah diidentifikasi lokasi pipa contact atau adanya coating defect untuk dilakukan tindakan analisa berikutnya.

Salah satu CMTS yang pernah kami temukan dilapangan adalah sebagai berikut :

Gambar 3. Current Measurement Test Station

Teknisi proteksi katodik untuk pipa distribusi biasanya mengenal 3 jenis test post yaitu yang berkabel satu untuk test post impressed current, yang berkabel dua untuk junction box dan yang berkabel tiga untuk test post system anoda korban. Saat menemukan test post dengan jumlah kabel 5 buah maka ini merupakan sesuatu yang baru. Karena itu untuk melakukan pengukuran, maka diperlukan gambar detail dari test post sebagai berikut :

Gambar 4. Gambar Detail Konstruksi CMTS

Gambar konstruksi menunjukkan bahwa CMTS tersebut adalah jenis test station untuk pengukuran arus dengan kabel 4. Karena selain dengan kabel 4 ada juga yang menggunakan kabel 2. Teknik pengukurannya agak sedikit berbeda.

Test station dilapangan mempunyai 5 kabel, karena itu kemungkinan kabel yang ke 5 ditengah adalah coupon atau reference cell.

CMTS 2 wire dapat digunakan untuk pengukuran arus jika jarak antar kabel, diameter pipa, wall thickness atau berat pipa per feet diketahui. Arus yang mengalir diantara kabel tersebut dapat diketahui dengan mengukur voltage drop yang terjadi dibandingkan dengan resistance (tahanan) pipa dengan jarak antar kabel tersebut yang tertera pada tabel dan rumus hukum ohm. Gambar berikut menjelaskan cara instalasi untuk pengukuran CMTS 2 wire

Gambar 5. CMTS 2 wire

Karena nilai voltage drop antara jarak tersebut sangat kecil, maka perlu diperhatikan kualitas multimeter yang digunakan. Dengan multimeter yang ada saat ini menggunakan impedansi input diatas 10 mega ohm maka kesalahan dapat diminimalkan.

Tabel yang digunakan untuk menghitung adalah sebagai berikut :

Gambar 6. Tabel Tahanan Pipa

Pipa tempat instalasi CMTS  haruslah pipa yang kontinyu tanpa adanya insulating joint, valve dan lain-lain dengan diameter dan ketebalan yang sama.

Sebagai contoh diketahui bahwa jarak antar kabel pada pipa adalah 200 feet (61 meter) dengan diameter pipa 30 in (762 milimeter) dan berat pipa 118.7 lb/feet (176.65 kg/m) adalah 0.17 mV maka arus yang mengalir dapat dihitung sebagai berikut :

Tahanan pipa menurut tabel adalah 2.44 µΩ/ft (8.01 µΩ/m)

Maka total tahanan Rpipa = 2.44 µΩ/ft x 200 ft = 488 µΩ

Atau jika dalam meter R = 8.01 µΩ/m x 61 m = 488 µΩ

Dalam satuan ohm R = 0.000488 Ω

Voltage drop hasil pengukuran sebesar  V = 0.17 mV

                                                                                 = 0.00017

Maka dengan menggunakan hukum ohm I = V/R

I = 0.00017 V/ 0.000488 Ω

I = 0.348 Ampere

Dengan memperhatikan gambar 5 dimana pengaturan terminal positif dan negative pada multimeter sesuai gambar dan didapatkan nilai voltage drop adalah positif, maka dapat diketahui bahwa arus masuk dari terminal positif multimeter sehingga jika arah utara adalah sesuai gambar maka arus katodik mengalir dari barat  ke timur.

Selain itu dalam buku NACE Cathodic Protection Procedure diketahui jika kita tidak mempunyai tabel resistance pipa, maka kita bisa menghitung dengan mengetahui steel resistivitynya terlebih dahulu. Dalam website engineering tool box diketahui nilai mild steel resistivity () adalah 15 x 10 -8 ohm.m yang kemudian menggunakan rumus :

R = tahanan pipa dengan panjang L (ohm)

 =  Steel resistivity ( ohm cm)

L = Jarak antar kabel ( cm)

A = Luas Lingkaran pipa ( cm2)

Untuk mencari A digunakan rumus :

Dimana :

OD = outside diameter pipa (cm)

ID = inside diameter pipa (cm)

ID dapat diketahui dengan rumus :

ωt = pipe wall thickness ( cm)

Keakurasian perhitungan menggunakan CMTS 2 wire tergantung dari pengetahuan tentang spesifikasi pipa yang tertanam selain itu kegagalan perhitungan akan terjadi jika terdapat valve. Penggunaan CMTS 4 wire memudahkan perhitungan karena tidak membutuhkan pengetahuan tentang spesifikasi pipa dengan detail.

Referensi :

  1. NACE, “CP-2 Cathodic Protection Technician Course Manual”, NACE International, 2006
  2. Appalachian underground Corrosion Short Course Intermediate Manual, West Virginia University, West Virginia, 2013
  3. http://www.engineeringtoolbox.com/resistivity-conductivity-d_418.html
  4. Brian holtsbaum, “Cathodic Protection Survey procedures”, NACE International, Texas, 2009