Jurnal Gradien Vol. 2 No. 2 Juli 2006 : 156-160 Tegangan Induksi Pada Saluran Pipa Minyak Yang Paralel Dengan Saluran Transmisi Listrik V. Sozi Karnefi Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Bengkulu, Indonesia Diterima 30 Mei 2006; Disetujui 1 Juli 2006 Abstrak - Akhir-akhir ini ada kecenderungan untuk membangun koridor energi sedemikian rupa, sehingga pemakaian lahan akan lebih baik. Pembangunan saluran transmisi listrik yang paralel dengan saluran pipa minyak dapat menimbulkan tegangan induksi pada Tegangan ini disebabkan adanya kopling elektrostatis dan kopling elektromagnetis. Telah dilakukan penelitian dampak dari kopling elektromagnetis saluran transmisi listrik 115 KV yang paralel dengan saluran pipa minyak di daerah kerja PT. Caletex Pasific Indonesia di daerah Buatan Zamrud. Ternyata ada tegangan induksi pada saluran pipa minyak sebesar 9,7132 V sampai 11,0525 V. Kata Kunci: Induksi; listrik; konduktor 1. Pendahuluan Untuk menyalurkan energi listrik dari pusat-pusat pembangkit tenaga listrik (electric power station) ke pusat-pusat beban (load centers) dapat dilakukan melalui saluran transmisi udara (overhead line) atau saluran transmisi bawah tanah (underground line) [6]. Jalur yang diambil untuk saluran transmisi tersebut biasanya disebut koridor energi. Begitu pula jalur yang diambil untuk saluran pipa minyak dari lapangan minyak ke tempat-tempat yang diperlukan atau digunakan juga dapat dinamakan koridor energi. Akhir-akhir ini ada kecenderungan untuk membangun koridor energi demikian rupa, sehingga pemakaian lahan lebih baik. Pembangunan saluran transmisi listrik dan saluran pipa minyak dapat menimbulkan dampak lingkungan yang kurang baik. Oleh karena itu beberapa negara menganjurkan agar penyaluran energi dari suatu tempat ke tempat yang lain dilakukan secara paralel pada koridor energi yang sama. Tetapi hal ini menimbulkan masalah pula pada sistem komunikasi, keamanan dan sebagainya. Masalah akan lebih berkembang bila selain saluran transmisi listrik pada koridor energi yang sama terdapat pula saluran pipa minyak yang paralel dengan saluran transmisi listrik tersebut. Dalam hal yang seperti ini saluran pipa minyak akan menjadi bagian dari sirkuit listrik pada jaringan transmisi, disebabkan karena kopling elektrostatis dan kopling elektromagenetis. Kopling ini dapat menimbulkan arus dan tegangan induksi pada Besarnya kopling dipengaruhi oleh: Besar phasor tegangan pada konduktor (penghantar). Besar phasor arus pada konduktor. Jarak antar konduktor. Jarak konduktor-konduktor dengan saluran pipa. Ketidakseimbangan relatif dari arus dan tegangan. Timbulnya medan elektromagnet disebabkan karena adanya gejala fisika yang dikenal sebagai hukum tangan kanan Ampere yakni, bila ada arus yang mengalir pada sebuah kawat pengantar, maka akan menimbulkan medan elektromagnet yang mengelilingi kawat penghantar tersebut dengan arah putaran maju sekrup. Medan elektromagnet tersebut akan melepaskan tenaga kepada benda-benda di sekelilingnya. Keberadaan saluran transmisi listrik yang berdekatan dan paralel dengan saluran pipa minyak, akan menimbulkan permasalahan bagi mereka yang bekerja
157 V. Sozi Karnefi, Jurnal Gradien Vol. 2 No. 2 Juli 2006 : 156-160 pada Hal ini disebabkan muatan elektrostatis yang timbul pada peralatan dan bagianbagiannya yang dekat dengan transmisi listrik, sebagian muatan disebabkan oleh penghubung kapasitas dan dapat membuat shock para pekerja. Di samping itu tegangan induksi yang terjadi pada saluran pipa minyak juga akan mempercepat proses pengkaratan (korosi) pada Pada bulan Januari 1976, ITT Research Institute dan Electric Power Research Institute serta American Gas Association berhasil meneliti adanya tegangan induksi pada saluran pipa gas yang diakibatkan oleh saluran transmisi listrik 60 Hz yang berdekatan dengan saluran pipa gas. Mereka berhasil memperkirakan tegangan induksi yang terjadi dengan teori sumber terdistribusi, yakni mengukur dan menghitung puncak-puncak medan listrik serta memitigasi (memperingan) efek induksi tersebut. Di samping itu para pakar Amerika yang tergabung pada Enviromental Protection Agency (EPA) dan didukung oleh Electric Power Research Institute, berhasil menemukan adanya akibat imbasan medan elektromagnet lemah dari aliran listrik berfrekuensi rendah (60Hz) dapat mengakibatkan gangguan kesehatan, di antaranya penyakit kanker otak, leukemia dan lain-lain. Dalam penelitian ini dibahas tegangan induksi yang terjadi pada saluran pipa minyak yang dititikberatkan pada cara memperkirakan dan mengukur tegangan induksi yang diakibatkan medan magnet saluran transmisi listrik 115 Kv yang paralel dengan saluran pipa minyak [3]. Untuk mengintepretasi data tegangan induksi, yang perlu diperhatikan adalah jarak antara konduktor dengan saluran pipa, karena perbedaan jarak akan mempengaruhi harga faktor kopling dan akan mempengaruhi tegangan induksi yang terjadi. Untuk membahas tegangan induksi yang terjadi pada saluran pipa minyak, terlebih dahulu dibahas induksi medan magnet dan saluran transmisi listrik, kemudian cara menginterpretasi pengaruh induksi medan magnet saluran transmisi listrik pada pipa. Inti dari penelitian ini memperkirakan tegangan induksi yang terjadi pada 2. Metode Penelitian Dalam penelitian ini pengamatan dan pengukuran data yang diperlukan dilakukan pada lokasi daerah kerja PT. Caletex Pacific Indonesia, dengan saluran transmisi listrik 115 Kv yang paralel dan berdekatan dengan saluran pipa minyak sepanjang 9 km di 16 titik (lokasi). Besaran yang diukur adalah: jarak antar konduktor, tiang listrik dengan pipa, antar tiang listrik, permukaan tanah dengan konduktor, resistansi dan reaktansi konduktor, resistansi dan reaktansi tanah yang didasarkan pada tabel Carson serta besarnya arus yang mengalir pada tiap konduktor. Tegangan induksi telah diketahui dari hasil perkalian arus urutan nol, faktor kopling dan panjang saluran transmisi listrik paralel dengan saluran pipa. Untuk membuktikan kebenarannya dilakukan pengukuran langsung di 8 titik lokasi. Pada prinsipnya untuk mengetahui berapa harga tegangan pada suatu terminal listrik adalah mengukur selisih atau beda potensial antara dua titik. Dalam hal ini dilakukan pengukuran beda potensial antara tiang listrik dengan saluran pipa, yaitu dengan cara menghubungkan tiang listrik yang ditanahkan (grounded) dengan menggunakan kabel 12 mm ke Volt meter (Fluke multi meter digital 8060 True RMS) di satu titik dan menghubungkan pada permukaan pipa di titik lain. 3. Hasil dan Pembahasan Hasil pengukuran harga beda potensial yang terjadi antara dua titik pada Volt meter dapat dilihat pada tabel 1. Sedangkan hubungan faktor kopling dan tegangan induksi dapat dilihat pada gambar 1. Dari Gambar 1 terlihat adanya hubungan antara tegangan induksi E po dengan faktor kopling Z CF, semakin besar harga faktor kopling semakin besar pula harga tegangan induksi dan semakin dekat jarak
V. Sozi Karnefi, Jurnal Gradien Vol. 2 No. 2 Juli 2006 : 156-160 158 konduktor dengan saluran pipa tegangan induksi juga semakin besar [7]. dengan arus yang mengalir dan tegangan induksi juga berbanding lurus dengan jumlah sistem. Tabel 1. Data Hasil Perhitungan dan PengukuranTegangan Induksi pada Saluran Pipa Minyak Pada dasarnya sistem transmisi yang digunakan untuk menyalurkan tenaga listrik di PT. Caltex Pacific Indonesia adalah sistem tiga fasa setimbang, karena sebagian besar beban adalah motor tiga fasa untuk menggerakkan pompa-pompa minyak. Pada keadaan tertentu terjadi kononsimetrisan sistem yang menyebabkan ketidakseimbangan sistem transmisi listrik [4]. Keterangan: PA = Jarak saluran pipa dengan konduktor A. PB = Jarak saluran pipa dengan konduktor B. PC = Jarak saluran pipa dengan konduktor C. PG1 = Jarak saluran pipa dengan kawat tanah 1. PG2 = Jarak saluran pipa dengan kawat tanah 2. Terjadinya perbedaan harga antara perhitungan dengan pengukuran tegangan induksi, hal ini dikarenakan beberapa faktor. Sebagaimana diketahui arus urutan nol merupakan faktor yang dominan untuk mengetahui besarnya tegangan induksi yang terjadi pada pipa. Pada tegangan induksi dan pengukuran tegangan induksi pada pipa dilakukan pada waktu dan hari yang tidak sama. Gambar 1. Grafik Hubungan Faktor Kopling dan Tegangan Induksi Faktor kopling yang terjadi dipengaruhi oleh jarak antara konduktor dengan saluran pipa. Kopling elektromagnet yang terjadi pada jarak yang dekat kuat atau besar [5] dan faktor kopling juga menjadi besar, jika jaraknya semakin jauh kopling elektromagnet semakin kecil, dengan demikian faktor kopling juga semakin kecil. Hal ini dikarenakan jika jarak antara konduktor dengan pipa sangat jauh, impedansi masingmasing konduktor akan mendekati sama besarnya sehingga mengakibatkan tegangan induksi akan mendekati nol. Di samping itu induksi magnet yang terjadi di sekitar konduktor akan berbanding lurus Pada pengukuran arus urutan nol terjadi ketidaksetimbangan sistem pada transmisi listrik, hal ini terbukti dengan adanya arus urutan nol sebesar I 0 = 0,93 Amper (sistem setimbang I 0 ~ Nol). Dengan demikian tegangan induksi yang terjadi pada pipa juga besar. Sedangkan pada pengukuran tegangan induksi pada saluran pipa tidak diketahui berapa besar kenonsimetrisan sistem, dengan demikian tidak diketahui berapa arus urutan nol yang mengalir. Dan di dalam menentukan titik pengukuran untuk mengukur tegangan induksi dipakai permukaan pipa dan tiang listrik yang ditanahkan (grounded), hal ini digunakan sebagai titik acuan karena belum adanya metode cara pengukuran tegangan induksi pada saluran pipa. Untuk menghubungkan ke dua titik tersebut di dalam pengukuran digunakan kabel 12 mm dengan panjang 25 meter, dengan demikian akan terjadi transmisi loss (kehilangan daya) di sepanjang kabel dan hal ini akan mengurangi tegangan induksi yang terukur pada Volt meter. Disamping itu saluran pipa menggunakan sistem SECT (Skin Electric Current Tracing), pada sistem ini sepanjang saluran pipa dipanaskan dengan menggunakan arus listrik, dengan demikian saluran
159 V. Sozi Karnefi, Jurnal Gradien Vol. 2 No. 2 Juli 2006 : 156-160 pipa juga menimbulkan medan elektromagnetik, akan tetapi pada waktu pengukuran sistem SECT tidak bekerja yang berarti kopling sistem magnet yang terjadi hanya dari transmisi listrik. Saluran pipa minyak juga dibalut atau diisolasi bahan polyurethane setebal 5 cm dan dilindungi selubung lempengan baja setebal 1 mm dan di setiap 15 m saluran pipa ditopang dengan besi yang ditanam dalam tanah, dengan demikian secara tidak langsung saluran pipa minyak juga ditanahkan (grounded), hal ini menyebabkan tegangan induksi yang terjadi pada saluran pipa minyak secara tidak langsung juga dialirkan ke tanah. Keadaan di lapangan ini seolah-olah telah adanya sistem Mitigasi (peringanan) yang bekerja pada saluran pipa minyak [1]. Sistem mitigasi merupakan suatu cara memperingan (memperkecil) tegangan induksi yang terjadi pada saluran pipa yang berdekatan atau paralel dengan saluran transmisi listrik. Yakni, dengan cara membuat sistem setimbang pada saluran transmisi listrik atau mengisolasi saluran pipa dengan bahan non metal serta mentanahkan (grounded) saluran pipa tersebut. Sedangkan pada perhitungan yang dilakukan untuk mendapatkan tegangan induksi yang terjadi pada saluran pipa minyak, diasumsikan transmisi listrik pada keadaan tidak setimbang dan keadaan saluran pipa minyak berada di permukaan tanah tanpa ditanahkan serta tidak diisolasi. Beberapa hal tersebut di atas yang menyebabkan hasil perhitungan berbeda atau lebih besar dari hasil pengukuran di lapangan [2]. 4. Kesimpulan Saluran transmisi listrik yang dialiri arus dan paralel dengan saluran pipa minyak, akan menimbulkan tegangan induksi pada saluran pipa akibat induksi medan magnet antara saluran transmisi listrik dengan Hubungan (kopling) antara saluran transmisi listrik dengan saluran pipa minyak secara substansial disebabkan oleh arus urutan nol. Besar arus urutan nol tergantung dari kononsimetrisan sistem transmisi listrik, jika kenonsimetrisan sistem besar arus urutan nol semakin besar dan tegangan induksi juga semakin besar. Tegangan induksi dipengaruhi oleh jarak antara konduktor transmisi listrik dengan Semakin dekat jarak konduktor dengan saluran pipa semakin besar tegangan induksi dan sebaliknya semakin jauh jaraknya semakin kecil tegangan induksi. Tegangan induksi yang terjadi pada saluran pipa minyak dari hasil perhitungan berbeda dengan hail pengukuran. Hal ini dikarenakan pada perhitungan diasumsikan metode mitigasi tidak ada, sedang dari hasil pengukuran ternyata pada saluran pipa minyak terdapat sistem mitigasi. Tegangan induksi dapat diperkecil dengan metode mitigasi (peringanan) yakni, membuat sistem saluran transmisi listrik setimbang, mengisolasi saluran pipa dengan bahan non metal atau mentanahkan (grounded) saluran pipa. Metode mitigasi yang terbaik adalah mengusahakan fase arus saluran transmisi listrik setimbang. Daftar Pustaka [1] Allen Taflove, John Dabkowski, Mitivation of Buried Pipelines Voltages Due to 60 Hz AC Inductive Coupling, 1979, Part I-Design of Joint Rights of Way, Part II Piperline Grounding Methods, IEEE Trans. Power App. Syst., Vol. PAS-98, pp. 1806-1823, Sept/Oct. 1979. [2] Allen Taflove, John Dabkowski, Prediction Method for Burriied Pipelines Voltages Due to 60 Hz AC Inductive Coupling, Part I-Analysis, Part II Field Test Verification, 1979, IEEE Trans. Power App. Syst., Vol. PAS-98, pp. 780-794, May/June 1979. [3] A. M. Mousa, Ground Switch Interrupting Duty and Total Ground Current Imposed by Induction from Paralel Transmission Line, 1981, IEEE Trans. Power App. Syst., Vol. PAS-100, pp. 3839-3849, Aug. 1981 [4] Anonim, Electromagnetic Effects of Overhead Transmission Lines: Practical Problem, Safeguards, and Methods of Calculation, 1974, IEEE Trans. Power
V. Sozi Karnefi, Jurnal Gradien Vol. 2 No. 2 Juli 2006 : 156-160 160 App. Syst., Vol. PAS-93, no. 3, pp. 892-904, May/June. 1974. [5] J. Dakowski, The Calculation of Magnetic Coupling from Overhead Transmission Lines, 1981, IEEE Trans. Power App. Syst., Vol. PAS-100, pp. 3850-3860, Aug. 1981. [6] John P. Nelson, Power Sistems in Close Proximity to Pipelines, IEEE Trans, Industry App. Syst., Vol. IA- 22, No. 3, pp. 435-441, May/June 1986. [7] Kent C. Jaffa, John B. Stewart, Magnetic Field Induction from Overhead Transmission and Distribution Power Lines and Buried Irrigation Pipelines, 1981, IEEE Trans. Power App. Syst., Vol. PAS-100, no. 33, pp. 991-999, March 1981.