Ensikom Vol_ 3 No_ 1 Juni 2005

5/19/2018 Ensikom Vol_ 3 No_ 1 Juni 2005

1/43

JURNAL TEKNIK ELEKTRO

Vol. 3, No. 1 Juni 2005 ISSN : 1693 6787

SUSUNAN REDAKSI

Penanggung Jawab : Ketua Jurusan Teknik Elektro FT . USU

Pemimpin Redaksi : Prof. Dr. Ir. Usman S. Baafai

Redaksi Ahli : 1. Ir. Mustafrin Lubis

2. Ir. R.Sugih Arto Yusuf

3. Ir. Bonggas L.Tobing

4. Ir. Djendanari Sembiring

5. Ir. Risnidar Chan, MT

6. Ir. T.Ahri Bahriun, M.Sc

7. Ir. Syafruddin HS, MS

8. Ir. M.Zulfin, MT

Redaksi Pelaksana : 1. Ir. Zulkarnaen Pane

2. Ir. Syahrawardi

3. Ir .Surya Hardi, M.Sc

4. Ir. Arman Sani, MT

5. Soeharwinto, ST, MT

6. Rejeki Simanjorang, ST, MT

Sirkulasi/Publikasi : Ir. Surya Tarmizi Kasim

Bendahara : Ir. Satria Ginting

Administrasi : Marthin Luther Tarigan A.Md

Alamat Redaksi : Fakultas Teknik USU

Jl. Almamater Kampus USU Medan

Telp. / Fax : (061) 8213246 8213250

Frekuensi terbitan : 2 ( dua ) kali setahun


2/43

JURNAL TEKNIK ELEKTRO

TEKNIKENERGI-TEKNIKTELEKOMUNIKASI-TEKNIKKOMPUTER

VOl. 3, NO. 1JUNI 2005 ISSN : 1693 - 6787

DAFTAR ISI

Salam Redaksi ...................................................................................................................... i

Sistim Akuisisi Data

F. Rizal batubara.. 1-4

Implementasi Rangkaian Elektronika Menggunakan Teknologi Surface Mount

Suherman ............................................................................................................................... 5-9

Implementasi Sistem Step by Step Switching Menggunakan Komponen

Terintegrasi

Suherman ............................................................................................................................... 10-14

Rele Tegangan Elektronik

T.Ahri Bahriun ....................................................................................................................... 15-19

Kajian Pemanfaatan Sistem Teknologi Pembangkit Tenaga Gasifikasi Batubara

Tulus Burhanuddin Sitorus .................................................................................................... 20-26

Pengukuran Tahanan Grid Pembumian pada Model Lapisan Tanah yang tidak

Unifom

Zulkarnaen Pane.................................................................................................................... 27-33

Pedoman Penulisan Naskah Jurnal ENSIKOM................................................................ 34-35

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA


3/43

i

SALAM REDAKSI

Kami memanjatkan Puji dan Syukur kepada Tuhan Ynag Maha Esa karena

atas ridho nya Jurnal Teknik Elektro ENSIKOM, Volume : 1, No. 3 Juni 2005 telah dapat diterbitkan dan sampai kehadapan para pembacayang budiman.

Jurnal ENSIKOM adalah suatu jurnal ilmiah yang berisi hasil penelitian,kajian pustaka maupun rekayasa peralatan yang digunakan olehlaboratorium serta informasi yang berkaitan dengan Energi, SistemTelekomunikasi dan Komputer .

Penerbitan Jurnal ENSIKOM ini diterbitkan setiap 6 (enam) bulan sekali,

untuk itu kami harapkan partisipasi dari para ilmuan maupun praktisiuntuk mengisi tulisan pada Jurnal ini demi kemajuan ilmu Teknik Elektro.

Saran dan kritik yang membangun sangat kami harapkan demikeberhasilan penerbitan Jurnal ini pada edisi berikutnya.

Dalam kesempatan ini pula kami seluruh Redaksi Jurnal Teknik ElektroENSIKOM mengucapkan Selamat Ulang Tahun ke- 40 DepartemenTeknik Elektro FT - USU (1965 2005). Semoga denganbertambahnya usia akan menjadikan departemen teknik elektro ft-usu

menjadi lebih berkembang dimasa mendatang dalam menunjangkemajuan teknologi untuk kesejahteraan bangsa dan negara RepublikIndonesia.

Atas perhatian dan partisipasinya dengan segala kerendahan hati, kamiucapkan banyak terima kasih.

Wassalam

REDAKSI


4/43


5/43


6/43


7/43

Sistim Akuisisi Data (F. Rizal Batubara) 1

SISTIM AKUISISI DATA

F. Rizal batubara

1

1)Staf Pengajar Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik USU

Abstrak

Sistem akuisisi data menkonversikan besaran fisis sumber data ke bentuk sinyal digital dan diolah oleh

suatu komputer. Pengolahan dan pengontrolan proses oleh komputer memungkinkan penerapan

akuisisi data dengansoftware. Konfigurasi sistem akuisisi data dapat di lihat dari banyaknya tranduser

atau kanal yang digunakan, kecepatan pemrosesan data, dan letak masing-masing komponen pada

sistem akuisisi data.

Kata kunci: Akuisisi data, konverter A/D

Abstract

Data Acquisition System converts physical number of data sources to digital signal form and

processed by computer. Processing and Controlling of process by computer allow the application of

data acquisition with software. Configuration of data acquisition system can be known from number of

tranducer or channel which are used, data processing speed, and position of each component on data

acquisition system.

Keywords: Data Acquisition, A/D converter

Pendahuluan

Sistim akuisisi data dapat didefinisikansebagai suatu sistem yang berfungsi untuk

mengambil, mengumpulkan dan menyiapkan

data, hingga memprosesnya untuk menghasilkan

data yang dikehendaki. Jenis serta metode yang

di pilih pada umumnya bertujuan untuk

menyederhanakan setiap langkah yang

dilaksanakan pada keseluruhan proses.

Suatu sistem akuisisi data pada umumnyadibentuk sedemikian rupa sehingga sistem

tersebut berfungsi untuk mengambil,

mengumpulkan dan menyimpan data dalam

bentuk yang siap untuk diproses lebih lanjut.

gambar 1 menunjukan diagram blok sistem

akuisisi data.

data pengkondisian

sinyaltrand

datapengkondi sian

sinyaltrand

mux

pengiriman

danpenyimpanan

pengolahandata

display

Gambar 1. Diagram blok sistem akuisisi data.


8/43

2 Jurnal Teknik Elektro ENSIKOM Vol. 3, No. 1 JUNI 2005 (1 - 4)

Perkembangan Sistem Akuisisi Data

Pada mulanya proses pengolahan data lebih

banyak dilakukan secara manual oleh manusia,sehingga pada saat itu perubahan besaran fisis

dibuat ke besaran yang langsung bisa diamati

panca indra manusia. Selanjutnya dengan

kemampuan teknologi pada bidang elektrikal

besaran fisis yang diukur sebagai data

dikonversikan ke bentuk sinyal listrik, data

kemudian ditampilkan ke dalam bentuk

simpangan jarum, pendaran cahaya pada layar

monitor, rekorder xy dan lain-lain.

Sistem akuisisi data berkembang pesat sejalan

dengan kemajuan dibidang teknologi digital dan

komputer. Kini, akuisisi data menkonversikanbesaran fisis sumber data ke bentuk sinyal

digital dan diolah oleh suatu komputer.

Pengolahan dan pengontrolan proses oleh

komputer memungkinkan penerapan akuisisi

data dengan software. Software memberikan

harapan proses akuisisi data bisa divariasi

dengan mudah sesuai kebutuhan. Gambar 2

menunjukan proses akuisisii data menggunakan

komputer.

trands A/D komputer

memory

mass storage

Display

Gambar 2. Komputer digital untuk kebutuhan akuisisi data

trands filter S/H

A/D Komputerdisplay

A/D

Gambar.3.Sistem akuisisi data kanal tunggal

Fungsi masing-masing blok dalam sistem adalah sebagai berikut: Tranduser : berfungsi untuk merubah besaran fisis yang diukur kedalam bentuk sinyal listrik. Amp : berfungsi untuk memperbesar amplitudo dari sinyal yang dihasilkan transduser.

LPF : berfungsi untuk membatasi lebar band frekuensi sinyal listrik dari data yang diukur. S/H : berfungsi untuk menjaga amplitudo sinyal analog tetap konstan selama waktu konversi

analog ke digital. A/D : berfungsi untuk merubah besaran analog kedalam bentuk representasi numerik. D/A : berfungsi untuk merubah besaran numerik kedalam sinyal analog. Komputer : berfungsi untuk mengolah data dan mengontrol proses.

Pada konfigurasi kanal tunggal, komputer berfungsi sebagai pemroses data dan juga pengontrol penguatansinyal.


9/43

Sistim Akuisisi Data (F. Rizal Batubara) 3

Kofigurasi Sistem Akuisisi Data

Suatu konfigurasi sistem akuisisi data sangat

tergantung pada jenis dan jumlah tranduser serta

teknik pengolahan yang akan digunakan.

Konfigurasi ini dapat di lihat dari banyaknya

tranduser atau kanal yang digunakan, kecepatan

pemrosesan data dan letak masing-masing

komponen pada sistem akuisisi data.

Sistem kanal tunggal.

Sistem kanal tunggal disebut juga sistem

akuisisi data sederhana, ditunjukkan pada

gambar 3.

Sistem Kanal Banyak

Terdapat tiga jenis metode untuk menyusun

suatu sistem akuisisi data dengan banyak

tranduser. Perbedaan utama pada ketiga jenis ini

ditentukan oleh letak multiplexer didalam

sistem.

Sistem pertama meletakan multiplexer pada

ujung bagian depan, sehingga sinyal analog

yang mengalami proses pemilihan masuk

kekanal. Pada cara kedua pemasangan

multiplexer setelah terjadi pencuplikan dan

holding sinyal, metode kedua lebih baik

dibandingkan metode pertama. Metode ketiga

merupakan metode yang terbaik, tetapi dengan

penerapan masing-masing kanal mempunyai

A/D sendiri mengakibatkan sistem menjadi lebih

mahal dibandingkan cara sebelumnya. Gambar

4. menunjukan sistem kanal banyak metode

ketiga.

Sistem Berkecepatan Tinggi

Sistem akuisisi data yang menggunakan

komputer digital sebagai pengolah data

kecepatannya ditentukan oleh proses

pengubahan sinyal analog ke digital. Untuk

mempercepat akuisisi data biasanya digunakan

suatu konverter analog ke digital yang

berkecepatan tinggi yang disebut denganFLASH

A to D. Bila kecepatan akuisisi masih ingin

dipercepat, maka dapat digunakan teknik seperti

yang diperlihatkan pada gambar 5. Cara inidigunakan dua buah A/D yang bekerja secara

bergantian.

input

Analog

A/D1

A/D

2

MUX DIGITAL

Sistem

Komputer

randsFilter S/H A/D

randsFilter S/H A/D

MUX

Digital

Sistem

Komputer

Gambar 4. Sistem Kanal Banyak Dengan Cara Ketiga


10/43

4 Jurnal Teknik Elektro ENSIKOM Vol. 3, No. 1 JUNI 2005 (1 - 4)

Sistem Akuisisi Jarak Jauh

Suatu sistem akuisisi data yang mempunyai

komponen pengambil dan pengolah data dengan

jarak berjauhan, maka dibutuhkan media untuk

mentransfer antara kedua sub sistem tersebut.Kondisi ini membutuhkan sistem memori yang

disuplai baterai sebagai penampung sementara,

memori seperti ini disebut sistem memori

RAMPACK. Data yang diambil disimpan di

memori RAMPACK, kemudian memori

dibawah ketempat komputer pengolahan data.

Sistem lain menggunakan sistem komunikasi,

data diambil oleh transduser yang terletak jauh

dari komputer kemudian data ditransmisikan

melalui saluran komunikasi, bila saluran

komunikasi merupakan sistem analog,

diperlukan komponen yang disebut modem,

ditunjukan gambar 6. Penyaluran data melalui

jaringan ISDN bisa dilakukan dengan

pemasangan langsung pada jack terminal

saluran tersebut, terlihat pada gambar 7.

Kepustakaan

Austerlitz, Howard. Data Acquisition

Techniques Using PCs, San Diego:

Academic Press; 2003.

Gadre, Dhananjay V.Programming the Parallel

Port: Interfacing the PC for Data

Acquisition and Process Control,

Berkeley: CMP Books; 1998.

James, Kevin. PC Interfacing and Data

Acquisition, Oxford: Newnes; 2000.

input

AnalogA/D Komputer Modem

sistem komunikasi

analog

Modem Komputer Mass

Storage

Gambar 6. Sistem Akuisisi Data Pada Saluran Komunikasi Analog

Input

AnalogSstemKomputerA/D

ISDN SISTEMkOMPUTER MassStorage

Gambar 7. Sistem Akuisisi Jarak Jauh Pada saluran ISDN


11/43

Implementasi Rangkaian Elektronika Menggunakan Teknologi Surface Mount 5

IMPLEMENTASI RANGKAIAN ELEKTRONIKAMENGGUNAKAN TEKNOLOGI SURFACE MOUNT

Suherman

1


Abstrak

Salahsatu perkembangan perangkat elektronika adalah miniaturisasi, yakni pengurangan pada volume

perangkat. Dan teknologi yang berperan penting dalam proses miniaturisasi adalah teknologi SurfaceMount. Teknologi Surface Mount adalah teknologi komponen yang berusaha nengurangi ukuran

komponen dan diletakkan secara langsung pada permukaan PCB. Teknologi ini menggantikan

teknologi sebelumnya, yakni teknologi thru hole, dimana dalam pemasangannya dilakukan pelubangan

pada PCB.

Pemakaian komponen ini telah merata pada semua perangkat elektronika. Namun sangat disayangkan,

teknologi ini sangat asing di ndonesia, baik pada tingkat industri, pasar komponen, maupun pada

kurikulum perguruan tinggi. Tulisan ini akan mengulas mengenai teknologi elektronika surface mount,

komponen, peralatan pendukung serta proses implementasi rangkaian.

Kata kunci : Elektronika, surface mount, thru hole

Abstract

Miniaturization is one of the electronics devices development that reduce equipment size. Surface

mount technology fullfil this requirement. Surface Mount is an electronics devices technology that

reduce the size and mounting the components on the board surface directly. This technology then

replace through hole technology that using hole on PCB, even sometimes they are combined.

All electronics devices are now using surface mount, but it still unknown well in Indonesian factory,

market or in the university curriculum. This paper describe surface mount technology, its components,

devices and implementation process.

Keywords : Electronics, surface mount, thru hole

1. Pendahuluan

Teknologi Surface Mount adalah

teknologi komponen elektronika terintegrasi

dengan cara peletakan (mounting) komponen

secara langsung pada permukaan (surface) PCB.

Teknologi ini menggantikan teknologi

sebelumnya, yakni teknologi thru hole (through

hole), dimana dalam pemasangannya dilakukan

proses pelubangan pada PCB. Pada gambar 1

(Sam Ulbing, 1999) terlihat perbedaan

perangkat yang tersusun dari komponen surface

mount dan komponen thru hole.Beberapa keuntungan penggunaan

komponen Surface Mount dibandingkan thru

hole antara lain adalah, memiliki komponen

yang lebih kecil sehingga mengurangi volume

rangkaian (denser layout), mengurangi biaya

produksi, memerlukan catudaya lebih rendah,

pemasangan PCB lebih mudah karena tanpa

pelubangan juga mempermuda proses perakitan

otomatis. Selain itu, kebanyakan perangkat RF

memerlukan jumper yang pendek untuk

mengurangi interferensi, Surface Mount sangat

mendukung hal ini. Surface mount juga

memiliki frekuensi respons dan ketahanan

EMI/RFI yang lebih baik.


12/43

Jurnal Teknik Elektro ENSIKOM Vol. 3, No. 1 JUNI 2005 (5 - 9)6

Gambar 1.Perbandingan Surface Mount dan

Thru Hole

Namun demikian, ada beberapa

kesulitan yang dihadapi dalam implementasi

komponen SMT/SMD (Surface MountTechnology / Surface Mount Devices) antara

lain, kerapatan komponen menyebabkan cepat

panas, sehingga membutuhkan sistem pendingin

atau chasing yang mendukung sirkulasi udara.

Kepadatan komponen menyebabkan sedikit

ruang untuk pembersihan. Karena kecil, inspeksi

kerusakan secara visual sulit, sehingga

membutuhkan alat bantu. Peletakan komponen

memerlukan ketelitian yang tinggi. Proses

assembly secara manual sulit dilakukan.

2. Kemasan KomponenKemasan komponen pasif thru hole adalah

komponen diskrit dengan ukuran relatif besar

dan pin yang panjang. Komponen aktif thru hole

yang berbentuk IC memiliki kemasan DIP (Dual

Inline Packet), ZIP (Zigzag Inline Packet) dan

PGA (Pin Grid Array). DIP memiliki jumlah pin

6 sampai 64 pin. ZIP terdiri 20 sampai 40 pin,

Sedangkan PGA memiliki jumlah pin yang

besar sampai 400 pin. Gambar 2 menunjukkan

contoh IC dengan kemasan DIP dan PGA.

Gambar 2 Kemasan IC Thru Hole

Pada perkembangan selanjutnya,

kemasan thru hole dikembangkan menjadi

beberapa bentuk, termasuk menjadi kemasan

komponen surface mount. Gambar 3

menunjukkan perkembangan kemasan IC thru

hole dan surface mount.

Gambar 3 Kemasan IC Thru Hole dan Surface

Mount

Kemasan IC surface mount terdiri atas

SOP, SOJ, SSOP, TSOP, QFJ, QFP, TQFP,

LQFP, TCP, CSP dan BGA. Sementara

komponen pasif surface mount berbentuk chip

(chip resistor, chip kapasitor dan chip induktor)

dengan 2 pin serta berbentuk network dengan

jumlah pin lebih dari 2 (contoh resistor

network). Kemasan transistor dan dioda serta

beberapa IC dalam bentuk SO (Small Outline),

contoh SOT-32 (Small Outline Transistor).

Selain berbentuk paket plastik, IC surface juga

dapat berbentuk paket keramik.

Gambar 4. Resistor Surface Mount

1 2

p substraten isolation region

p resistor

(b) Network Resistor

(c) Resistor

(a) Konstruksi Chip Resistor

Rangkaian dengan Thru Hole

Rangkaian dengan Surface Mount

Pemasangan Komponen

(a) Thru Hole (b) Surface Mount

(a) Kemasan DIP

(b) ZIP

(c) PGA


13/43


3. Komponen Pasif Surface Mount3.1Resistor

Beberapa teknologi resistor surface mount

yang ada di lapangan adalah teknologi thick

film, thin film, MELF, wirewound, carbon film,

metal film dan lain-lain. Resistor SMT

berbentuk chip resistor dan network resistor.

Kebanyakan chip resistor berbasis

teknologi thick film, dimana permukaannya

diberi pelindung gelas, dan menggunakan pin

nikel, konstruksinya ditunjukkan pada gambar 4.

Resistor MELF (Metallized Electrode

Face) merupakan pengembangan resistor dengan

elektroda metal. Resistor MELF dibuat dari

lilitan bahan resistif. Harga resistor ini lebih

murah tetapi memiliki kualitas yang lebih buruk

dibandingkan thick film.

Resistor dalam jumlah banyak (Networkresistor) dibuat dari bahan thick film,

semikonduktor maupun metal oxide).

Kemasannya dalam bentuk SO (Small Outline)

dengan jumlah pin berkisar 8 dengan penamaan

sederhana.

Lapisan semikonduktor yang digunakan

untuk membentuk resistor sangat tipis seperti

pada gambar 4c. Penambahan resistansi

diperoleh dengan menyusun lapisan memanjang.

Beberapa resistor tidak disertai kode nilai,

untuk mengukurnya menggunakan ohmmeter.

Beberapa resistor menggunakan kode 3 digit,contohnya 102, berarti 10x10

2= 1kOhm ataupun

menggunakan kode lebih dari 3 digit seperti

pada tabel 1.

Terdapat juga cara pengkodean yang

disebut EIA-96 marking methode yang berisi 3

karakter kode. Dua karakter pertama

menunjukkan nilai sesuai dengan tabel 2.

Sedangkan digit ketiga adalah multiplier.

Multiplier berupa angka.

Contoh penamaan, kode 22A, berarti 165

Ohm, 68C berarti 49900 Ohm atau 49,9kOhm.

Namun kode ini hanya untuk resistor dengan

toleransi 1%. Untuk toleransi yang lebih besar,

memiliki tabulasi sendiri.

Tabel 1. Contoh penandaan resistor SMT(G4PMK, 2003)

Contoh 3 digit Contoh 4 digit

330 adalah 33 ohm -bukan 330 ohm

1000 adalah 100 ohm bukan1000 ohm

221 adalah 220 ohm4992 adalah 49 900 ohm,adalah 49.9 kohm

683 adalah 68 000 ohm,

atau 68 kohm

16234 adalah 162 000 ohm,

adalah 162 kohm

105 adalah 1 000 000ohm, atau 1 Mohm

0R56 adalah R56 adalah 0.56ohms

8R2 adalah 8.2 ohm

Tabel 2. Kode EIA-96

code value code value code value code value code value code value

01 100 17 147 33 215 49 316 65 464 81 681

02 102 18 150 34 221 50 324 66 475 82 698

03 105 19 154 35 226 51 332 67 487 83 715

04 107 20 158 36 232 52 340 68 499 84 732

05 110 21 162 37 237 53 348 69 511 85 75006 113 22 165 38 243 54 357 70 523 86 768

07 115 23 169 39 249 55 365 71 536 87 787

08 118 24 174 40 255 56 374 72 549 88 806

09 121 25 178 41 261 57 383 73 562 89 825

10 124 26 182 42 237 58 392 74 576 90 845

11 127 27 187 43 274 59 402 75 590 91 866

12 130 28 191 44 280 60 412 76 604 92 887

13 133 29 196 45 287 61 422 77 619 93 909

14 137 30 200 46 294 62 432 78 634 94 931

15 140 31 205 47 301 63 442 79 649 95 953

16 143 32 210 48 309 64 453 80 665 96 976


14/43


3.2KapasitorKomponen kapasitor SMT paling banyak

terbuat dari keramik. Kapasitor keramik SMT

tersedia dalam bentuk fixed ataupun variabel.

Sedangkan kapasitor film plastik dan elektrolit

aluminium jarang digunakan. Kapasitor keramik

memiliki desain dielektrik berlapis seperti pada

gambar 5 (Bryan Bergeron, 1991). nilai

standartnya dari 1pF sampai 1 uF dengan range

tegangan 25 sampai 200V. Ukuraan sebuah

kapasitor keramik SMT sangat kecil, berkisar

3,2 x 2,5 x 0,7 mm.

Tabel 3. Multiplier (G4PMK, 2003)

letter multiplier letter multiplier

F 100000 B 10

E 10000 A 1

D 1000 X or S 0.1

C 100 Y or R 0.01

Selain keramik, terdapat juga kapasitor

SMT tantalum dengan nilai kapasitansi

mencapai 220 uF, rating tegangan 50V.

Gambar 5. Konstruksi Kapasitor SMT

Kapasitor SMT umumnya tanpa penanda.

Jika tanpa kode, satu-satunya cara

mengetahuinya adalah dengan menggunakan

kapasitansi meter. Beberapa capasitor

menggunakan kode yang berisi 2 atau 3

karakter. Karakter pertama adalah kode pabrik,

karakter kedua adalah mantisa (dengan nilai

tertentu), karakter ketiga adalah multipier. Basis

nilai adalah pF. Contoh KA2, K adalah kodepabrik (pabrik Kemet), A adalah 1.0 dan 2

adalah 102, sehingga KA2 bernilai 100pF. Tabel

4. menunjukkan kode-kode tersebut.

Tabel 4. Kode penandaan kapasitor SMT.

Let Mant Let Mant Let Mant Let Mant

A 1.0 J 2.2 S 4.7 a 2.5B 1.1 K 2.4 T 5.1 b 3.5

C 1.2 L 2.7 U 5.6 d 4.0

D 1.3 M 3.0 V 6.2 e 4.5

E 1.5 N 3.3 W 6.8 f 5.0

F 1.6 P 3.6 X 7.5 m 6.0

G 1.8 Q 3.9 Y 8.2 n 7.0

H 2.0 R 4.3 Z 9.1 t 8.0

y 9.0

(let.=letter, mant.= mantissa)

Kapasitor elektrolit SMT memiliki

penandaan yang berbeda. Nilai rating tegangan

dituliskan dengan hurup pada digit pertama,

diikuti dengan digit nilai dan multiplier. Basis

perhitungan adalah pF. Contoh, A475, A =

10V, 475 = 47x105 pF, sehingga A475 adalah

4,7mF 10V. Kode rating tegangan kapasitor

meliputi : e=2,5 ; G=4 ; J=6,3 ; A=10 ; C=16 ;

D=20 ; E=25 ; V=35 ; dan H =50.

3.3InduktorInduktor SMT terbuat dari bahan keramik

ataupun core ferit dengan konstruksi yang

kompak disesuaikan ukuran komponen lainnya,

beberapa induktor memiliki ukuran 4, x 3,2 x

2,6 mm. Nilai induktansinya bervariasi dari 0,1

uH sampai 2,2 uH dengan rating arus sampai 0,5

A.

Namun perkembangan teknologi SMT saat

ini menghasilkan induktor SMT sampai bernilai

10.000 uH dan rating sampai 50A, seperti

produksi Vishay (www.vishay.com).

3.4 Komponen LainnyaSeiring dengan pperkembangan komponen

pasif utama di atas, komponen pasif pendukung

lainnya juga mengalami miniaturisasi, walau

dalam beberapa aplikasi masih ditemukan

kombinasi komponen SMT dengan komponen

thru hole. Komponen pendukung tersebut seperti

konektor, rele, fuse, switch, choke,

transformator, LC filter, tee bias, kristal, sensor

dan lain-lain.

(a)

(c)

b


15/43


4. Komponen Aktif Surface MountKomponen aktif terdiri dari dioda,

transistor, dan komponen terintegrasi.

Komponen aktif SMT tersedia dalam kemasan

small outline (SO), quad flat pack (QFP),

plastic-leaded chip carrier (PLCC), tape-

automated bonding (TAB), leadless ceramic

plastic carrier (LCCC). Sebahagian kemasan

tersebut terdapat pada gambar 3.Sebagai

alternatif, juga terdapat variasi pin chip. Pin atau

lead tersedia dalam bentuk gull-wing, J-lead,

dan I-lead seperti pada gambar 6a. Kemasan SO

tersedia dari 3 sampai 28 pin, kemasan QFP

memiliki pin 64 sampai 196 dengan bentuk gull-

wing. PLCC memiliki pin sampai 84 dengan J-

lead di empat sisinya, sedangkan LCCC lebih

kompak dimana pin terdapat di sebelah dalam

sehingga tidak memungkinkan penanganansecara manual.

Gambar 6. (a) lead gull-wing, J-lead dan I-lead

(b) small outline transistor SOT-23 dan SOT-89

(c)kemasan dan footprintnya

Transistor umumnya menggunakan

kemasan SO, gambar 6b menunjukkan

konstruksi transistor SMT dalam kemasan SO.

Transistor dengan dissipasi daya maksimum

200mW menggunakan kemasan SOT-23,

sedangkan kemasan yang lebih besar

menggunakan SOT-89 yang mampu mendisipasi

daya sampai 500mW.

Dalam peletakan komponen SMT di pcb,perlu diketahui footprint komponen. Masing-

masing kemasan memiliki bentuk footprint

tertentu dan standar seperti pada gambar 6c.

Dioda memiliki kemasan seperti chip

resistor maupun sama dengan transistor

terkecuali 1 pin tidak digunakan. Kemasan yang

banyak digunakan dioda adalah SOT-23, SOT-

323, SOD-80, SOD-123 dan SOD-132.

Kemasan dengan 3 pin (SOT) juga dapat berisi

dual dioda. Baik transistor maupun dioda,

masing-masing pabrikan memiliki penamaan

yang berbeda, sehingga cukup sulit dalam

mengidentifikasi.

Seperti yang disinggung di bagian

pendahuluan, kemasan komponen SMT

memiliki banyak keunggulan dibandingkan thru

hole, salahsatunya lumped component atau nilai

terdistribusi dari induktansi dan kapasitansi.

Nilai-nilai yang dihasilkan karena interaksi antar

pin ini akan menghasilakan RFI/EMI. Tabulasi

perbandingan nilai kapasitansi dan induktansi

terdistribusi dapat dilihat pada tabel 5.

Komponen aktif lain seperti MOV, SCR,

DIAC, TRIAC, Op Amp, RFIC, microstrip,

MMIC, Microwave device, IC digital,

interfacing chip, IC mikrokontroler,

mikroprosesor, dan IC regulator tersedia dalam

kemasan SMT. Beberapa vendor yang

menyediakan komponen SMT seperti Digi-Key(digikey.com), Newark (www.newark.com),

Keytronics (www.eytronics.com), Avnet

(www.vnet.com), Jameco (jameco.com), dan

EDX (www.edxelectronics.com).

(a) (b) (c)


16/43


IMPLEMENTASI SISTEM STEP by STEP SWITCHINGMENGGUNAKAN KOMPONEN TERINTEGRASI

Suherman

1


Abstrak

Sentral yang menggunakan sistem step by step switching telah lama ditinggalkan. Teknologi telah

beralih ke sistem switching digital common control, bahkan berbasis packet switching khususnya

penggunaan IP based Network. Namun demikian, teknologi switching step by step yang dahuluberbasis sistem mekanis masih dapat diperbaharui dengan memanfaatkan komponen terintegrasi

(integrates cicuit, IC).

Sistem switching step by step dengan komponen terintegrasi ini dapat dimanfaatkan untuk membentuk

sistem PABX kapasitas kecil. Karena dibentuk dengan memanfaatkan komponen terintegrasi,

teknologi ini memungkinkan untuk diimplementasikan dalam bentuk IC tunggal (Application Specipic

Integrated Circuit, ASIC). Sehingga akan diperoleh komponen PABX mini yang lebih sederhana

dibandingkan PABX berbasis microcontroller.

Kata kunci: Switching, step by step, PABX, telepon, extension, trunk

Abstract

munication exchange which used step by step switching system are obsolete. Technology had move tothe digital common control switching system even based on switching package, especially using IP

based network. Even though, the step by step switching system technology based on mechanical

switching system are renewable by using integrated circuits ICs.

Step by step switching system using the integrated circuits technologies can be used to build a small

capacity PABX system. Because of built by using ICs, this technology can be implemented in the form

of single chip IC (Application Spesific Integrated Circuits, ASIC). This will give small PABX

components which is more simple compared to microcontroller base PABX.

Keywords: Switching, step by step, PABX, telepon, extension, trunk

1. PendahuluanSistem switching merupakan bagian dari

teknologi telekomunikasi. Sistem switching

manual mengawali teknologi ini, kemudian

ditemukan sistem switching otomatis oleh

Almon B. Strowger dengan sistemnya yang

dikenal sebagai sistem step by step atau direct

control. Sistem inilah yang diadopsi dalam

tulisan ini.

Pada perkembangan selanjutnya, muncul

sistem switching common control atau indirect

control yang diawali oleh Gothief Betulanderdengan switch crossbar. Sistem common control

berkembang dari sistem crossbar, electro-

mekanis, elektronis, analog sampai sistem

switching digital. Sistem switching step by step

semakin ditinggalkan.

2. Sistem Switching Step by StepSentral Step by step adalah sistem

switching otomatis yang paling tua dan paling

sederhana. Step by step switching menggunakan

pengontrolan dial langsung (direct-dial control)

dimana switch secara langsung merespon digit

yang dikirimkan telepon ke masing-masing

tingkatan switch. Sistem switching inimendominasi dunia telekomunikasi sampai

tahun 1970.


17/43

Implementasi Sistem Step by Step Switching Menggunakan KomponenTerintegrasi (Suherman)

11

Komponen utama yang digunakan oleh

sistem switching step by step adalah selektor.

Selektor merupakan alat pemilih yang

menghubungkan satu masukkan (inlet) dengan

beberapa pilihan keluaran (outlet), (Sigit

Haryadi, 1985). Selektor elektromekanik

digerakkan secara elektromagnetik maupun

dengan mempergunakan elektromotor. Gambar

1 menunjukkan konstruksi selektor (Suherman,

2004).

Gambar 1. Selektor

Selektor dalam keadaan awal berada pada

home position, saat menerima impuls dari

pesawat telepon, wiper atau tungkai selektor

akan berpindah. Perpindahannya ditentukan oleh

besarnya impulse tadi. Setiap output selektor

dihubungkan dengan saluran ke telepon lain.

Gambar 2. Sistem switching step by step

Sentral step by step terdiri dari beberapa

bagian, di antaranya SLIC, linefinder, alloter,

group selector dan final selector. SLIC atau

Subcriber Line Interface Circuit digunakan

sebagai rangkaian interface ke pelanggan,

linefinder merupakan selector yang merespons

telepon yang meminta layanan, alloter

merupakan selector yang mencari outlet sesuai

impuls yang diberikan telepon sedangkan

preselector, group selector dan final selector

adalah penamaan kelompok-kelompok selektor.

Gambar 2 (Suherman, 2004) menunjukkan

bagian switching step by step.

3. Aplikasi Switching Step by StepGambar 3 merupakan contoh switching

step by step sederhana yang melayani 5

pelanggan dan 1 trunk untuk ke sentral lain

(105). Karena kapasitasnya yang kecil, makaselektor yang dipakai hanyalah Line Finder, dan

Final Selector (Suherman, 2004).

Masing-masing pelanggan dihubungkan ke

SLIC dan terhubung ke 3 Line Finder. 3 line

finder berarti setiap saat ada 3 telepon yang bisa

menggunakan sentral. Dibandingkan jumlah

pelanggan, diperoleh perbandingan 3 : 5 atau

60%. Persentasi ini sering disebut sebagai

konsentrasi. Jika disebut 20%, maka hanya 20%

dari pelanggan yang bisa menggunakan sentral

secara bersamaan.

Sentral dengan 5 pelanggan di atasmenggunakan 3 Line Finder yang menghasilkan

3 telepon yang bisa aktif secara bersamaan

dengan pertimbangan, 1 telepon menelpon

kesentral lain dan 2 telepon menelepon

pelanggan di dalam sentral, sehingga 5 pesawat

telepon dapat aktif secara bersamaan.

Line

Finder

Controller

SLIC

Line

Finder

Controller

Line

Finder

Controller

SLIC

SLIC

SLIC

Selector

Controller

Selector

Controller

Selector

Controller

Ke

Sentral Lain

10

1

10

5

5

5

0

5

5

5

SLIC

4

3

2

1

5

Gambar 3. Sistem Switching Step By Step Kapasitas 105


18/43


4. Implementasi Line Finder TunggalImplementasi switch terintegrasi dapat

mempergunakan IC 4066 atau IC sejenisnya. IC

ini menghubungkan input-output jika pin

kendali berlogika 1. Gambar 4 menunjukkan

implementasi selektor line finder dengan

menggunakan IC 4066 dengan gerbang logika

serta IC latch.

Input gerbang logika berasal dari deteksi

hook. Saat semua hook tertutup, gerbang logika

(output gerbang OR) akan menghasilkan output

logika 0. Output ini mengendalikan pin enable

IC latch. Kondisi logika 0 menyebabkan IC

latch dalam kondisi enable, input yang berasal

dari deteksi hook akan dihubungkan ke output

latch. Jika semua telepon dalam kondisi tertutup,

maka output IC latch akan berlogika 0, sehingga

tidak ada switch yang tertutup. Saat salah satuhook telepon diangkat, maka output gerbang

akan menjadi tinggi, menyebabkan input sesaat

IC latch disalurkan ke output kemudian

kondisinya mengunci (latch). Output akan

menghubungkan switch bersesuaian dengan

hook yang diangkat. Telepon tersebut

menduduki switch. Saat telepon lain diangkat,

tidak akan mengganggu kondisi switch selama

ia masih diduduki.SELECTOR - LINE FINDER

(IC SWITCH 4066)

SLIC

SLIC

SLIC

SLIC

SLICSWITCH

CONTROL

IC QUAD

LATCH

LINE FINDER CONTROLLER

VOICECHANNEL

HOOK

DETECT

TELEPHONELINE

Gambar 4. Line Finder Untuk Aplikasi Tunggal

5. Implementasi Line Finder JamakUntuk aplikasi line finder lebih dari satu,

diperlukan rangkaian kendali yang

mengendalikan penggunaan switch satu persatu.

Jika line finder bertingkat hanya menggunakan

rangkaian pada gambar 4, maka saat salah satu

telepon diangkat, semua line finder akan

diduduki.

SELECTOR - LINE FINDER(IC SWITCH 4066)

SLIC

SLIC

SLIC

SLIC

SLICSWITCH

CONTROL

IC QUADLATCH

VOICECHANNEL

HOOK DETECT

TELEPHONE

LINE

SWITCHCONTROLKESELECTOR LAIN

SWITCHCONTROLDARI

SELECTOR LAIN

LINE FINDER CONTROLLER

Gambar 5. Line Finder Jamak

Kondisi di atas dapat dihindari dengan

menambahkan gerbang AND pada input

gerbang pengendali. Input gerbang AND berasaldari line finder lain. Rangkaian lengkap

ditunjukkan pada gambar 5.

6. Implementasi Final SelectorSetelah menduduki line finder, pesawat

telepon yang diangkat menekan nomor telepon

yang dituju. Nomor dalam bentuk DTMF ini

akan menggerakkan final selector. Nada DTMF

akan dideteksi oleh DTMF detektor. DTMF

detector atau DTMF receiver dapat

menggunakan IC MT8870. Output DTMF

receiver akan didekodekan menggerakan switch.Tetapi untuk menghindari pendudukan switch

terus menerus saat panggilan berakhir yang

disebabkan output DTMF receiver yang bersifat

mengambang (latch), maka pengontrolan juga

dikendalikan oleh sinyal call control yang

berasal dari output gerbang di line finder, serta

pin Std yang berasal dari DTMF receiver.FINAL SELECTOR

(IC SWITCH 4066)

VOICECHANNEL

SWITCH

CONTROL

VOICECHANNEL

BCD - DECIMAL

ENCODER

CALL

CONTROL

DTMF RECEIVER

DLATCH

QSET

Clk

Std

FINAL SELECTOR CONTROLLER

Gambar 6. Rangkaian Final Selector


19/43

Implementasi Sistem Step by Step Switching Menggunakan KomponenTerintegrasi (Suherman)

13

Gambar 6 menunjukkan rangkaian

lengkap final selector. Switch akan

menghubungkan voice channel telepon

pemanggil ke telepon yang dipanggil.

7. Implementasi SLICSLIC atau Subcriber Line Interface Card

adalah rangkaian antarmuka telepon pelanggan

yang melakukan fungsi suplai tegangan 48V,

perlindungan tegangan lebih, sinyal dering,

ringback tone, deteksi hook dan fungsi-fungsi

signaling pelanggan lainnya. Dalam sentral

digital, fungsi SLIC mencakup BORSCHT,

yakni battery feeding, overvoltage protection,

ringing, supervision, coding, hibrid dan test.

SLIC pada sentral umumnya dalam bentuk

modul kapasitas 8, 16 atau 32 telepon.

OT600

Telepon

4

5

2

1

4N25

+48V

5V

5 V

5V

BD139

100K

2x1N4148

100nF

10uF 10K

10K

10K

4K7

10K

10K

10uF

10uF/

100V

470470470

MOV

Deteksi

Hook

Sinyal

Dering

Sinyal

Suara

SinyalRingback Tone

Kontrol

Dering

Gambar 7. Rangkaian SLIC sederhana

Salah satu contoh rangkaian SLIC

ditunjukkan pada gambar 7. Suplai tegangan

telepon sebesar 48V akan mengalirkan arus

berkisar 20mA saat telepon diangkat. Arus akan

mengalir melalui optocoupler 4N25 melalui

rangkaian penarik arus BD139. Saat arus

mengalir menyebabkan tegangan pada pin

kolektor 4N25 akan turun dari 5V menjadi 0V.

Pin 5 ini akan berfungsi sebagai pendeteksi hook

saat telepon diangkat. Saat telepon akan diberi

nada dering (kondisi tertutup, on hook), kontrol

dering diberi tegangan yang menyebabkan rele

berpindah dari catuan 48V ke catuan tegangan

dering AC (sekitar 55Vac 90Vac). Saat ingin

memberikan sinyal ringback tone, sinyal akan

dikopling melalui kopling capasitor, pembagi

tegangan dan trafo. Fungsi trafo digunakan

untuk mencegang tegangan 48V masuk ke line

finder maupun final selector.

Pencegahan tegangan lebih yang dapat

merusak rangkaian menggunakan MOV (MetalOxide Varistor), yakni komponen yang identik

dengan 2 buah zener diode bertolak belakang

yang memberikan stabilisasi nilai tegangan.

8. Implementasi TrunkingTrunking menghubungkan sentral ke

sentral lain. Saat panggilan keluar (outgoing

call), trunk dihubungkan ke final selector,

sedangkan saat panggilan masuk (incoming

call), trunk dihubungkan dengan line finder.

Sehingga dibutuhkan rangkaian khusus sebagai

antarmuka trunking. Gambar 8 menunjukkan

blok antarmuka trunking.

9. Komparasi TeknologiSistem step by step terintegrasi memiliki

kelebihan dibandingkan sentral step by step

konvensional. Hal ini disebabkan adanya

reduksi volume selector. Namun jikadibandingkan teknologi common control, baik

sentral analog maupun sentral digital, sentral ini

memiliki banyak kekurangan.

Kebutuhan komponen relatif besar jika

implementasinya menggunakan teknologi

SSI/MSI serta komponen pasif yang terdapat di

pasaran. Untuk implementasi gambar 3,

membutuhkan 5 buah SLIC dengan kepadatan

25 komponen per SLIC, 3 buah line finder

dengan kepadatan 15 komponen per line finder,

membutuhkan 3 buah final selector dengan

kepadatan 10 komponen per unit.

Trunk

Interface

SLIC

Trunk

Ke

Line Finder

Ke

Final Selector

Gambar 8. Blok Antarmuka Trunk

Pada gambar 3, trunking hanya berfungsi

sebagai outgoing call, sehingga dibutuhkan 1rangkaian interface trunk dengan komposisi 10

komponen. Sehingga perkiraan total komponen

berkisar 210 komponen tidak termasuk

catudaya.

Selain komposisi komponen rangkaian,

fitur telepon hanya terbatas pada incoming dan

outgoing call, tanpa dilengkapi fitur sentral pada

umumnya. Namun demikian, penggunaan

komponen VLSI, komponen surface mount dan

kombinasi step by step dengan common control

(penggunaan mikrokontroler) dapat menjadi

alternatif teknologi sentral berkapasitas kecil.


20/43


10. KesimpulanDari uraian di atas, dapat disimpulkan

bahwa implementasi teknologi switching step by

step dengan komponen terintegrasi adalah

mungkin. Namun masih memiliki kekurangan

pada kepadatan komponen dan fitur sentral.

Daftar Pustaka

Sigit Haryadi,Ir, 1986, Diktat Kuliah

Dasar Teknik Penyambungan Telepon,

Pendidikan Ahli Teknik Telekomunikasi.

Suherman,ST., 2004, Diktat Teknik

Jaringan Telekomunikasi, Politeknik Caltex

Riau, Pekanbaru.

Suherman,ST., (Desember 2004)

Modifikasi Sistem Pemrograman Pabx Mini

Dilengkapi Rangkaian Penguji, JurnalEnsikom, Vol.2 No.2, Medan.


21/43

Rele Tegangan Elektronik (T. Ahri Bahriun) 15

RELE TEGANGAN ELEKTRONIK

T.Ahri Bahriun

1

1)Staf Pengajar Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik USU

Abstrak

Salah satu alat proteksi yang sangat dibutuhkan untuk mengamankan peralatan listrik ialah rele

tegangan. Rele ini berfungsi untuk memantau tegangan dan akan memberikan sinyal melalui kontak-

kontak keluarannya, jika tegangan yang dipantau lebih besar dari nilai maksimum atau lebih kecil dari

nilai minimum yang diperkenankan. Rele ini umumnya bekerja secara elektronik dan rangkaian yang

digunakan sangatlah sederhana, sehingga mudah untuk dipahami. Tulisan ini mencoba membahassuatu rangkaian rele tegangan yang sangat sederhana.

Kata kunci: Rele, Tegangan, Proteksi.

Abstract

One of the protection equipments which is needed for protecting the electrical instruments is a

voltage relay. This relay function as to detect voltages and will send signals from its terminals when

the detect voltege greater than its maximum value or smaller than its minimum voltage rating. In

general this relay works electronically, and using simple circuits so it is easy to understand.

This paper try to explain a very simple voltage relay.

Keywords: relay, voltage, protection.

1. Pendahuluan

Salah satu hal yang harus dihindari pada

pengoperasian peralatan listrik ialah kelebihan

tegangan (overvoltage) ataupun kekurangan

tegangan (undervoltage). Kelebihan tegangan

hampir dapat dipastikan akan merusak setiap

peralatan listrik. Hal ini umumnya akan

menyebabkan timbulnya panas yang belebihan

sehingga dapat menyebabkan terbakarnya

peralatan listrik tersebut. Sebaliknya,

kekurangan tegangan belum tentu merusakperalatan listrik. Pada beberapa peralatan listrik

seperti lampu pijar ataupun peralatan lain yang

bersifat resistip, kekurangan tegangan tidak akan

membahayakan peralatan tersebut. Tetapi bagi

beberapa peralatan lain seperti motor induksi,

kekurangan tegangan dapat menyebabkan faktor

daya (cos-) yang terlalu rendah. Hal ini akanmenyebabkan arus peralatan tersebut terlalu

besar, sehingga menimbulkan panas yang

berlebihan dan pada akhirnya akan merusak

peralatan tersebut. Untuk menghindari hal-halyang tidak diinginkan ini maka suatu panel

distribusi tegangan rendah umumnya dilengkapi

dengan rele tegangan yang berfungsi untuk

memantau tegangan busbar. Jika nilai tegangan

ini keluar dari batas-batas aman maka rele ini

akan membuka pemutus CB utama sehingga

catuan daya ke panel tersebut akan diputus.

Selain rele tegangan panel ini juga dilengkapi

dengan beberapa peralatan proteksi lain, seperti

rele arus lebih (OCR), monitor fasa (RCP) dan

lain sebagainya. Tulisan ini hanya membahas

tentang rele tegangan.

2. Prinsip Kerja Dasar

Rele tegangan elektronik umumnya

mendeteksi besarnya tegangan melalui trafo

tegangan atau yang lebih dikenal sebagai PT

(potensial transformer). PT berfungsi untuk

menurunkan tegangan yang masuk ke rele dan

sekaligus mengisolasi rele dari tegangan

rangkaian yang diukur. Masukan PT umumnya

adalah 110V atau 220V sedangkan keluarannya

adalah tegangan yang berkisar antara 12V

hingga 24V, tergantung dari rangkaian yangdigunakan. Tegangan keluaran PT ini

selanjutnya dibandingkan dengan dua tegangan


22/43


acuan, sebut saja VAuntuk tegangan acuan atas

dan VB untuk tegangan acuan bawah. Jika

tegangan keluaran PT lebih besar dari VAmaka

rele keluaran pertama akan diaktipkan.

Sebaliknya jika tegangan keluaran PT lebih

kecil dari VB maka rele keluaran kedua yang

akan diaktipkan

Untuk memudahkan proses perbandingan

maka besaran yang dibandingkan adalah

tegangan searah. Untuk itu maka tegangan

keluaran PT harus terlebih dahulu diubah

menjadi tegangan searah. Besarnya tegangan

searah yang dihasilkan selanjutnya

dibandingkan dengan tegangan acuan yang

dapat diatur.

Agar dapat mengabaikan kelebihan atau

kekurangan tegangan yang berlangsung sesaat

(transient), maka rele tegangan biasanyadilengkapi dengan rangkaian tunda (delay) yang

dapat menunda kerja kontak keluaran. Lamanya

tundaan waktu dapat diatur, umumnya berkisar

antara 0 hingga 10 detik.

3. Rangkaian Rele Tegangan

Seperti telah disebutkan sebelumnya, rele

tegangan lebih ini mendeteksi tegangan melalui

suatu PT. Agar sesuai dengan alat-alat ukur lain

yang terpasang pada panel generator maka

tegangan masukan nominal dari rele teganganumumnya adalah 110V atau 220V. Karena rele

ini hanya membutuhkan daya yang kecil maka

PT yang digunakan adalah PT yang berdaya

sangat rendah, umumnya berkisar antara 2

sampai 5VA. Untuk menghemat biaya

pembuatan maka seringkali PT yang sama

digunakan juga sebagai sumber daya bagi

rangkaian elektronik yang digunakan. Untuk itu

digunakan PT dengan dua buah belitan sekunder

yang terpisah. Rancangan yang dibahas

menggunakan dua buah trafo yang terpisah.

Dengan demikian diharapkan agar teganganyang dipantau tidak dipengaruhi oleh

pembebanan dari catudaya rangkaian elektronik.

3.1. Rangkaian masukan

Tegangan masukan diturunkan sekaligus

diisolasi oleh trafo T1 dan disearahkan oleh

dioda D1 dan D2, seperti yang diperlihatkan

pada gambar-1.

C1 R2

T1D1

D2

R1

INPUT

220V

VS

Gambar 1. Rangkaian masukan

Selanjutnya tegangan ini ditapis oleh kapasitor

C1 untuk menghilangkan kerut (ripple).

Besarnya tegangan jepit dari C1 adalah :

VC1Vm 4fC

IDC

dan Vm 2 x VSEK

dimana VSEK : tegangan sekunder trafo

IDC

: arus beban

f : frekuensi jalajala

C : kapasitansi C1

adalah tegangan sekunder dari trafo T1.

Sebelum diteruskan ke rangkaian pembanding,

tegangan ini disesuaikan oleh tahanan R1 dan

R2 yang membentuk rangkaian pembagi

tegangan reisitip. Besarnya tegangan yang

diterima pembanding adalah :

VS=R2R1

R2

+. VC1

3.2. Rangkaian Pembanding TeganganSebagai pembanding tegangan digunakan

opamp yang mempunyai faktor penguatan

tegangan loop terbuka (AV) yang mendekati tak

terhingga. Oleh karena itu jika tegangan pada

masukan tak-membalik sedikit lebih tinggi dari

tegangan pada masukan membaliknya maka

keluaran pembanding akan jenuh tinggi dan

bernilai mendekati nilai VCC (tegangan catuan).

Sebaliknya jika tegangan pada masukan

membalik sedikit lebih tinggi dari tegangan pada

masukan tak-membaliknya maka keluaran

pembanding akan jenuh rendah sehingga tega-ngannya mendekati nol. Rangkaian dari

pembanding tegangan ini diperlihatkan pada

gambar-2.


23/43


+

-

A1

+

-

A2

VA

VS

VR1

R4

R3

VR2VB

+12V

KE

RANGKAIAN

TUNDA

Gambar 2. Rangkaian pembanding tegangan

Penguat A1 membandingkan tegangan VS

yang dihubungkan ke masukan tak membaliknya(non-inverting input) dengan tegangan acuan VA

yang dihubungkan ke masukan membaliknya

(inverting input). Tegangan acuan VA adalah

ambang tegangan maksimum yang

diperkenankan.

Tegangan ini diperoleh dari kontak geser

(wiper) potensiometer VR1. Jika VS> VAmaka

keluaran A1 akan jenuh positip sehingga

tegangan keluaran A1 akan mendekati tegangan

catu, yaitu 12VDC. Sebaliknya jika VS < VA

maka keluaran A1 akan jenuh negatip sehingga

tegangan keluarannya akan mendekati nol.

Penguat A2 membandingkan tegangan VS

yang dihubungkan ke masukan membaliknya

dengan tegangan acuan VB yang dihubungkan

ke masukan tak membaliknya. Tegangan acuan

VB adalah ambang tegangan minimum yang

diperkenankan. Tegangan ini diperoleh dari

kontak geser potensiometer VR2. Jika VS< VB

maka keluaran A1 akan jenuh positip sehingga

tegangan keluaran A2 akan mendekati tegangan

catu. Sebaliknya jika VS> VBmaka keluaran

A2 akan jenuh negatip sehingga tegangankeluarannya akan mendekati nol. Oleh karena

itu agar tegangan keluaran dari penguat A1 dan

A2 mendekati nol maka besarnya tegangan VS

haruslah :

VB< VS< VA

Nilai tahanan R3, R4, VR1 dan VR2

ditentukan sedemikian rupa agar kisar

pengaturan VA memungkinkan kisar tegangan

masukan dari 220V hingga 240V dan kisar

pengaturan VA memungkinkan kisar tegangan

masukan dari 200V hingga 220V.

3.3. Rangkaian Tunda

Agar dapat mengabaikan kenaikan atau

penurunan tegangan yang berlaku sesaat

(transien), maka rele tegangan ini dilengkapi

dengan rangkaian tunda. Untuk itu maka

keluaran dari rangkaian pembanding selain

diteruskan ke rangkaian penggerak rele

keluaran, juga dilewatkan melalui suatu

rangkaian tunda, seperti yang diperlihatkan pada

gambar-3.

VR3

C2

D3

D4

N2

N3

N1

R5

DARI

KELUARAN

A1

DARI

KELUARANA2

KE

PENGGERAK

RELE RL1

KE

PENGGERAK

RELE RL2 Gambar 3. Rangkaian tunda

Rangkaian tunda ini terdiri dari VR3, C2 dan

N1. Jika bernilai tinggi, keluaran penguat A1

dan A2 masing-masing akan meng-enable

gerbang N2 dan N3. Selain itu, kedua keluaran

ini juga akan mengisi kapasitor C2 melalui

dioda D3 dan D4 dan VR3.

Kapasitor C2 ini berfungsi untuk menunda

pengaktipan (enable) gerbang-gerbang N2 dan

N3 melalui gerbang N1. Ketiga gerbang ini

adalah gerbang AND dari keluarga CMOS

(Complementary Metal Oxide Semiconductor).

Tujuan penggunaan CMOS adalah untuk

mendapatkan nilai hambatan masukan yang

mendekati tak terhingga agar tidak membebani

kapasitor C2. Lamanya tundaan waktu adalah

sama dengan waktu yang dibutuhkan untuk

mengisi kapasitor C2 agar tegangan jepitnya

mencapai tegangan ambang (treshold) logika

tinggi dari gerbang N1. Lamanya tundaanwaktu dapat dinyatakan sebagai :

tD0,7.VR3.C2 detik

Dengan mengatur nilai VR3 maka tundaan

waktu ini dapat disesuaikan dengan kebutuhan.

3.4. Rangkaian Penggerak Rele Keluaran

Rele tegangan yang dibahas mempunyai

dua buah rele keluaran. Satu untuk menyatakan

tegangan lebih dan satu untuk menyatakan

tegangan kurang. Masing-masing rele ini

digerakkan oleh suatu transistor bipolar, sepertiyang diperlihatkan pada gambar-4.


24/43


R8

Q2

R9

D6 RL2

R6

Q1

R7

D5 RL1

+12V

+12V

DARI

KELUARAN

N2

DARI

KELUARAN

N3

Gambar 4. Rangkaian penggerak rele keluaran

Jika keluaran A1 bernilai tinggi pada akhir

tundaan waktu ini maka keluaran gerbang N2

akan tinggi sehingga memberikan arus basis

pada transistor Q1. Besarnya arus basis ini

adalah :

IB=R7

V

R6

VV BEBEOH

dimana VOH : Tegangan keluaran logika tinggiN2

VBE : Tegangan basis-emiter Q1

Hal ini akan menyebabkan Q1 menghantar

sehingga pada kolektornya akan mengalir arus

sebesar :

IC= hFE.IB

dimana hFEadalah faktor penguatan arus searah

dari transistor yang digunakan. Arus kolektor

ini akan menyebabkan rele RL1 bekerja.

Sebaliknya jika keluaran A2 yang bernilai

tinggi pada akhir tundaan waktu ini makakeluaran gerbang N3 yang akan tinggi sehingga

memberikan arus basis pada transistor Q2. Hal

ini akan menyebabkan Q2 menghantar sehingga

rele RL2 yang akan bekerja.

Dengan demikian maka akan tersedia satu

kontak untuk tegangan lebih dan satu kontak

untuk tegangan kurang. Untuk mendapatkan

sinyal yang menyatakan keduanya maka untuk

rele-rele RL1 dan RL2 dapat digunakan rele

dengan dua kontak, dimana kedua kontak

tersebut dihubungkan paralel atau seri,

tergantung pada kebutuhan.

3.5. Rangkaian Catu Daya

Opamp umumnya membutuhkan catudaya

ganda yang berkisar antara 6VDC hingga

18VDC atau catudaya tunggal yang berkisar

antara +12VDChingga +36VDC. Gerbang CMOS

membutuhkan catudaya tunggal yang berkisar

antara +3VDChingga +15VDC. Rele arus searah

tersedia untuk tegangan-tegangan 6, 12, 24, 110,

dan 220VDC. Agar dapat mencatu seluruh

komponen yang digunakan pada rangkaian maka

catuan yang dipilih adalah +12VDC. Untuk itu

maka rele keluaran yang digunakan adalah rele

dengan kumparan 12VDC. Tegangan catuan

sebesar +12VDC dapat diperoleh dari catudaya

yang diperlihatkan pada gambar-7. Pada

catudaya ini, tegangan jala-jala diturunkan oleh

trafo tegangan T2 ke nilai yang sesuai. Trafo ini

sekaligus berfungsi untuk mengisolasi rangkaiandari tegangan jala-jala. Selanjutnya tegangan

sekunder dari T2 disearahkan oleh pasangan

dioda D7 dan D8 yang membentuk penyearah

gelombang penuh, untuk selanjutnya ditapis

oleh kapasitor C3 untuk menghilangkan kerut.

Tegangan yang dihasilkan masih dipengaruhi

oleh pembebanan. Oleh karena itu untuk

menstabilkan tegangan ini digunakan regulator

seri berupa suatu rangkaian terpadu atau IC

(integrated circuit) tipe LM7812.

T2D7

D8

C3

7812

C5 C6C4

+12VIC1

Gambar 5. Rangkaian catudaya

IC regulator ini akan mempertahankan tegangan

keluarannya sebesar +12VDC untuk tegangan

masukan yang berkisar dari +14VDC hingga

+35VDC.

Daya yang hilang atau disipasi daya

pada regulator adalah :

PD(VIN 12V).ILWatt

dimana PD : disipasi daya

VIN: tegangan masukan regulator

IL : arus beban


25/43


Disipasi daya ini akan diubah menjadi

panas. Agar regulator tidak menjadi terlalu

panas maka panas ini harus dibuang dengan

menggunakan pendingin atau heatsink. Agar

daya yang hilang tidak terlalu banyak maka VIN

harus dibuat serendah mungkin, namun dapat

mengantisipasi turun naiknya VIN disebabkan

oleh perubahan arus beban dan turun naiknya

tegangan jala-jala.

Keluaran dari regulator ini ditapis lebih

lanjut oleh kapasitor C6 untuk menghiangkan

kerut sehingga pada keluaran regulator akan

diperoleh tegangan searah sebesar +12VDCyang

benar-benar stabil dan bebas kerut.

Kapasitor C4 dan C5 berfungsi untuk

menjamin agar IC regulator tidak berosilasi,

sesuai dengan yang dianjurkan oleh pabrik

pembuatnya.

4. Kesimpulan

Dari pembahasan diatas dapat diambil

beberapa kesimpulan, antara lain ialah:

1. Rele arus lebih dapat dibuat denganmenggunakan rangkaian elektronik yang

sederhana.

2. Besarnya arus nominal dapat diatur denganmenggunakan CT dengan perbandingan

yang sesuai.

3. Pada rele yang dibahas, setting waktu danarus adalah independen sehingga tidak

saling mempengaruhi.

4. Pada rele arus lebih 3-fasa yang dibahas,setting arus dari setiap fasa adalah

independen sehingga dapat diatur secaraterpisah.

Daftar Pustaka

Deboo G. J., Burrous C. N., 1977,

Integrated Circuits and Semiconductor Devices

: Theory and Application, 2ndedition, McGraw-

Hill Kogakusha Ltd.,.

Fairchild Semiconductor, 1988, CMOS

Integrated Circuits Data Book.

Jha, R. S., Switchgear and Protection,

1979, Dhanpat Rai & Sons, Delhi.

Lowenberg, C. L., 1976, Electronic

Circuits, McGraw-Hill, New York, page 50.

Millman J. , Halkias C. C. , 1972,

Integrated Electronics Analog and Digital

Systems, McGraw-Hill, New York, page 233.

Smith R. J., 1987,Electronics Circuits and

Devices, 3rd

edition, John Wiley & Sons


26/43


KAJIAN PEMANFAATAN SISTEM TEKNOLOGI

PEMBANGKIT TENAGA GASIFIKASI BATUBARA

Tulus Burhanuddin Sitorus

1

1}Staf Pengajar Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik USU

Abstrak

Sumber energi batubara diperkirakan sebesar 36.5 milyar ton, dengan sekitar 5.1 milyar ton

dikategorikan sebagai cadangan terukur. Produksi batubara pada tahun 1995 mencapai sebesar 44 juta

ton. Sekitar 33 juta ton dieksport dan sisanya sebesar 11 juta ton untuk konsumsi dalam negeri. Darijumlah 11 juta ton tersebut 60 % atau sekitar 6.5 juta ton digunakan untuk pembangkit listrik, 30 %

untuk industri semen dan sisanya digunakan untuk rumah tangga dan industri kecil. Permasalahan

utama dalam pemanfaatan batubara adalah wujud batubara yang berupa zat padat sehingga kurang

luwes dalam transportasinya. Disamping itu batubara mengandung sulfur, nitrogen dan abu dalam

jumlah besar sehingga gas buang hasil pembakaran menghasilkan polutan seperti SO2 dan NO2 serta

abu terbang. Pembakaran batubara juga menghasilkan CO2 yang berperan dalam proses pemanasan

global.

Kata kunci : energi batubara, pembangkit listrik, wujud batubara, polutan, pemanasan global

Abstract

Energy sources of coal estimated 36,5 billion ton and 5,1 billion ton as measureable reseve. Coalproduction in 1995 achieve 44 million ton. Thereabouts 33 million ton is exported and 11 million ton

remainder for consumption of country. Around 60% is used for powerplant, 30% for cement industries

and the remainder for household and home industries. The main problem in coal using is shape of

coal. Besides the coal contains sulfur, nitrogen and ash in large quantity so gas exhaust of combustion

yield pollutant like SO2, NO2 and fly ash. Coal combustion also yield CO2 which make global

warming process.

Keywords : coal energy, power plant, shape of coal, pollutant, global warming

I. Pendahuluan

Keterbatasan cadangan minyak bumimenjadi hal yang hangat di bahas saat ini

disamping cadangan gas alam serta cadangan

batubara yang melimpah. Sumber daya energi

batubara diperkirakan sebesar 36.5 milyar ton,

dengan sekitar 5.1 milyar ton dikategorikan

sebagai cadangan terukur. Sumber daya ini

sebagian besar berada di Kalimantan yaitu

sebesar 61 %, di Sumatera sebesar 38 % dan

sisanya tersebar di wilayah lain. Menurut

jenisnya dapat dibagi menjadi lignite sebesar

58.6 %, sub-bituminous sebesar 26.6 %,

bituminous sebesar 14.4 % dan sisanya sebesar0.4 % adalah anthracite(Agus S. 1995). Tahun

1995 produksi batubara mencapai sebesar 44

juta ton dimana sekitar 33 juta ton dieksport dansisanya sebesar 11 juta ton digunakan untuk

konsumsi dalam negeri. Dari jumlah 11 juta ton

tersebut 60 % atau sekitar 6.5 juta ton digunakan

untuk pembangkit listrik, 30 % untuk industri

semen dan sisanya digunakan untuk rumah

tangga serta industri kecil. Dalam 10 tahun

terakhir, penggunaan batubara dalam negeri

terus mengalami pertumbuhan sejalan dengan

pertumbuhan perekonomian dan industrialisasi

dimana sektor energi listrik merupakan sektor

yang mengkonsumsi batubara paling besar.

Hingga kini sekitar 30 % dari totalpembangkitan menggunaan bahan bakar


27/43

Kajian Pemanfaatan Sistem Teknologi Pembangkit Tenaga Gasifikasi Batubara(Tulus Burhanuddin Sitorus)

21

Gambar 1. Data Historis dan Proyeksi Pembangkit Listrik (sumber : Agus S., 1995)

batubara. Hal yang menjadi permasalahan utama

dalam pemanfaatan batubara adalah wujud

batubara yang berupa zat padat sehingga kurang

luwes dalam sistem transportasinya. Disamping

itu batubara mengandung sulfur, nitrogen, dan

abu dalam jumlah besar sehingga gas buang

hasil pembakaran menghasilkan polutan seperti

SO2, NO2 dan abu terbang. Pembakaran

batubara juga menghasilkan CO2 yang berperan

dalam proses pemanasan global. Permasalahantersebut terus dicari pemecahannya melalui

riset-riset yang telah dan sedang dikembangkan

saat ini. Aktivitas riset dalam PLTU batubara

saat ini telah melahirkan konsep baru yang

menjanjikan dapat menaikkan efisiensi,

mengurangi emisi polutan dari gas buang serta

menghasilkan limbah yang minimum. Konsep

baru tersebut adalah teknologi pembakaran

fluidized bed dan teknologi gasifikasi batubara.

Di dalam tulisan ini akan dikaji mengenai sistem

teknologi gasifikasi batubara sebagai

pembangkit tenaga listrik di Indonesia.

II. Pembahasan

Penggunaan tenaga listrik di Indonesia

selama 20 tahun terakhir ini mengalami

peningkatan yang cukup pesat, yaitu sebesar

14.5 % per tahun. Pada tahun 1971

penggunaannya baru sebesar 2.5 TWh dan

meningkat mencapai 38.6 TWh pada tahun

1991. Penggunaan tenaga listrik ini diperkirakan

masih terus berkembang meskipun tingkat

pertumbuhannya akan berkurang. Dari studi

MARKAL, kebutuhan tenaga listrik dalam 25

tahun mendatang akan mengalami pertumbuhan

sebesar 7.8 % per tahun. Gambar 1

memperlihatkan data historis pemakaian tenaga

listrik dan proyeksi penyediaan tenaga listrik

untuk tiap jenis bahan bakar sampai tahun 2021.

Saat ini kebutuhan tenaga listrik

sebagian besar dipenuhi oleh PLTU berbahan

bakar minyak bumi diikuti dengan gas alam dan

batubara. Dengan program diversifikasi energi

maka prioritas untuk pembangkit listrik adalah

menggunakan bahan bakar batubara karenacadangan batubara masih sangat melimpah dan

harganya kompetitif dibandingkan dengan

minyak bumi dan gas alam. Sesuai dengan

program tersebut penggunaan batubara untuk

pembangkit tenaga listrik terus ditingkatkan.

Pada tahun 1996 kebutuhan tenaga listrik sekitar

140.7 TWh dan penggunaan batubara sebagai

bahan bakar pangsanya baru sekitar 21 % dari

total pembangkitan, sedangkan pada tahun 2021

kebutuhan mencapai 617.9 TWh dan pangsa

penggunaan batubara sudah mencapai 78 %.

Pemakaian batubara dalam jumlah besar inidapat menimbulkan dampak lingkungan bila

kurang tepat dalam pemilihan teknologinya

sehingga pemanfaatan batubara untuk

pembangkit listrik di masa mendatang perlu

menerapkan teknologi batubara bersih, seperti

IGCC (Integrated Gasification Combined

Cycle).

II.1. Teknologi IGCC

Teknologi IGCC merupakan salah satu

teknologi batubara bersih. IGCC merupakan

istilah yang paling banyak digunakan untuk


28/43


Gambar 2. Tipe Reaktor Gasifikasi (sumber : R. Muller 1988)

menyatakan siklus kombinasi gasifikasi

batubara terintegrasi. Namun demikian masih

ada beberapa istilah yang digunakan yaitu

ICGCC (Integrated Coal Gasification Combined

Cycle) dan CGCC (Coal Gasification Combined

Cycle) yang pengertiannya sama dan selanjutnya

akan digunakan istilah IGCC. Komponen utama

dalam riset IGCC adalah pengembangan teknik

gasifikasi batubara. Gasifikasi batubara pada

prinsipnya adalah suatu proses perubahan

batubara menjadi gas yang mudah terbakar.

Proses ini melalui beberapa proses kimia dalam

reaktor gasifikasi (gasifier). Mula-mula batubara

yang sudah diproses secara fisis diumpankan ke

dalam reaktor dan akan mengalami proses

pemanasan sampai temperatur reaksi serta

mengalami proses pirolisa (menjadi bara api).

Kecuali bahan pengotor, batubara bersama-samadengan oksigen dikonversikan menjadi

hidrogen, karbon monoksida, dan methana.

Proses gasifikasi batubara berdasarkan sistem

reaksinya dapat dibagi menjadi empat macam

yaitu : fixed bed, fluidized bed, entrained flow

dan molten iron bath (Gambar 2).

Dalam fixed bed, serbuk batubara yang

berukuran antara 3 - 30 mm diumpankan dari

atas reaktor dan akan menumpuk karena gaya

beratnya. Uap dan udara (O2) dihembuskan dari

bawah berlawanan dengan masukan serbuk

batubara akan bereaksi membentuk gas. Reaktortipe ini dalam prakteknya mempunyai beberapa

modifikasi diantaranya adalah proses Lurgi,

British Gas dan KILnGas. Sedangkan proses

yang menggunakan prinsip fluidized bed adalah

High-Temperature Winkler, Kellog Rust

Westinghouse dan U-gas. Dalam fluidized bed

gaya dorong dari uap dan O2 akan setimbang

dengan gaya gravitasi sehingga serbuk batubara

dalam keadaan mengambang pada saat terjadi

proses gasifikasi. Serbuk batubara yang

digunakan lebih halus dan berukuran antara 1 - 5

mm. Dalam entrained flow serbuk batubara yang

berukuran 0.1 mm dicampur dengan uap dan O2

sebelum diumpankan ke dalam reaktor. Proses

ini telah digunakan untuk memproduksi gas

sintetis dengan nama proses Koppers-Totzek.

Proses yang sejenis kemudian muncul seperti

proses PRENFLO, Shell, Texaco dan DOW.

Proses molten iron bath merupakan

pengembangan dalam proses industri baja.

Serbuk batubara diumpankan ke dalam reaktor

bersama-sama dengan kapur dan O2. Kecuali

proses molten iron bath semua proses telah

digunakan untuk keperluan pembangkit listrik.

Saat ini teknologi IGCC sudahdikembangkan di seluruh dunia, seperti : Jepang,

Belanda, Amerika Serikat dan Spanyol. Di

samping proses gasifikasi yang terus mengalami

perbaikan, gas turbin jenis baru juga terus

dikembangkan. Temperatur masukan gas turbin

yang tinggi akan dapat menaikkan efisiensi dan

ini dapat dicapai dengan penggunaan material

baru dan perbaikan sistem pendinginnya. Prinsip

kerja dari IGCC ditunjukkan pada Gambar 3.

IGCC merupakan

perpaduan teknologi gasifikasi batubara dan

proses pembangkitan uap. Gas hasil gasifikasibatubara mengalami proses pembersihan sulfur

dan nitrogen. Sulfur yang masih dalam bentuk

H2S dan nitrogen dalam bentuk NH3 lebih

mudah dibersihkan sebelum dibakar dari pada

sudah dalam bentuk oksida dalam gas buang.

Sedangkan abu dibersihkan dalam reaktor

gasifikasi. Gas yang sudah bersih ini dibakar di


29/43


23

ruang bakar dan kemudian gas hasil pembakaran

disalurkan ke dalam turbin gas untuk

menggerakkan generator.

Gas buang dari turbin gas dimanfaatkan

dengan menggunakan HRSG (Heat Recovery

Steam Generator) untuk membangkitkan uap.

Uap dari HRSG (setelah turbin gas)

digabungkan dengan uap dari HRSG (setelah

reaktor gasifikasi) digunakan untuk

menggerakkan turbin uap yang akan

menggerakkan generator.

Gambar 3. Prinsip Kerja Pembangkit Listrik IGCC(sumber : R. Muller, 1988)

II.2. Tinjauan dari Aspek Ekonomi dan

Lingkungan

Secara ekonomi, pembangkit listrik IGCC

saat ini mempunyai biaya investasi yang lebih

tinggi bila dibandingkan dengan PLTU batubara

konvensional. Tetapi peneliti pada perusahaangasifier Texaco memperkirakan bahwa biaya

investasi pembangkit listrik IGCC dapat

bersaing dengan PLTU batubara konvensional

karena faktor efisiensi. Untuk IGCC yang

mempunyai unit lebih besar dari 400 MW dapat

bersaing, sedangkan yang lebih kecil dari 200

MW akan lebih mahal bila dibandingkan dengan

PLTU batubara konvensional. Faktor lain yang

menjadi pertimbangan penggunaan teknologiIGCC adalah ramah terhadap lingkungan.

Kadar sulfur batubara Indonesia cukup

rendah yaitu sekitar 0.1 % sampai dengan 1.0 %.

Tabel 1. Perbandingan Biaya PLTU Batubara Konvensional dan IGCC

Biaya investasi sudah termasuk interest during construction (sumber : BPPT-KFA, 1995)


30/43


Sedangkan kadar abu berkisar antara 1.2 %

sampai dengan 15 %. Kadar sulfur dan abu ini

sangat rendah bila dibandingkan dengan negara

lain Akan tetapi penggunaan batubara yang

meningkat pesat dan standar lingkungan hidup

yang makin baik tetap membutuhkan teknologi

batubara bersih. Standar tersebut mengacu

kepada Keputusan Menteri Negara Lingkungan

Hidup No.KEP-13/MENLH/3/1995 dan khusus

untuk PLTU batubara dirangkum pada Tabel 3.

Tabel 2. Baku Mutu Emisi PLTU Berbahan Bakar Batubara

(sumber : R. Muller, 1988)

Penggunaan teknologi PLTU batubara

konvensional saat ini mempunyai kekurangan

yaitu efisiensinya rendah yang berkisar antara

33 - 36 %[2]

. Efisiensi ini dapat ditingkatkan

dengan membangun unit pembangkit yang lebih

besar atau dengan menaikkan suhu dan tekanan

dalam siklus panasnya. Cara ini mempunyai

keterbatasan dan menambah tingkat kerumitan

dalam pemilihan materialnya. Disamping itu

tuntutan ramah lingkungan akan menambah

biaya pembangkitan karena adanya penambahan

peralatan seperti : de-SOX (desulfurisasi), de-NOX (denitrifikasi), dan penyaring debu

(electrostatic precipitator). Pemasangan

peralatan ini juga akan mengurangi efisiensi

total pembangkit listrik. Teknologi IGCC ini

mempunyai kelebihan yaitu dalam hal bahan

bakar : tidak ada pembatas untuk tipe, ukuran,

dan kandungan abu dari batubara yang

digunakan. Dalam hal lingkungan : emisi SO2,

NOX, CO2 serta debu dapat dikurangi tanpa

penambahan peralatan tambahan seperti de-SOX

dan de-NOX dan juga limbah cair serta luas

tanah yang dibutuhkan juga berkurang.

Disamping itu pembangkit listrik IGCC

mempunyai produk sampingan yang merupakan

komoditi yang mempunyai nilai jual seperti :

sulfur, asam sulfat dan gypsum. Efisiensi

pembangkit listrik ICGG berkisar antara 38 - 45

% yang lebih tinggi 5 - 10 % dibandingkan

PLTU batubara konvensional. Hal inidimungkinkan dengan adanya proses gasifikasi

sehingga energi yang terkandung dalam

batubara dapat digunakan secara efektif dan

digunakannya HRSG untuk membentuk suatu

siklus kombinasi antara turbin gas dan turbin

uap.


31/43


25

Gambar 4. Perbandingan Operasional PLTU Batubara Konvensional dengan IGCC (sumber : R. Muller, 1988)

Pada sistem IGCC, sekitar 95 - 99 % dari

kandungan sulfur dalam batubara dapat

dihilangkan sebelum pembakaran. NOX dapat

dikurangi sebesar 70 - 93 % dan CO2 dapat

dikurangi sebesar 20 - 35 % (emisinya berkisarantara 0.75-0.85 kg CO2/kWh) dibandingkan

dengan PLTU batubara konvensional. Dengan

tingkat emisi yang rendah maka dapat untuk

mencegah terjadi hujan asam karena emisi

polutan SO2 dan NOX serta mencegah

terjadinya pemanasan global karena emisi CO2

(Yunus A. Cengel, 1998). Hal yang menarik

dalam sistem IGCC adalah pembangunannya

dapat dilakukan secara bertahap yaitu tahap

pertama berupa pembangunan turbin gas dan

perlengkapan pembangkit listrik, tahap kedua

pembangunan sistem siklus kombinasi, dantahap ketiga pembangunan unit gasifikasi.

Pembangunan dua tahap yang pertama

memerlukan biaya investasi yang relatif kecil

dan sudah dapat menghasilkan tenaga listrik.

Investasi yang besar hanya dibutuhkan pada saat

pembangunan tahap ketiga dan dilaksanakan

bila sudah dinilai ekonomis untuk mengganti

bahan bakar dari gas alam dengan batubara.

Disamping itu sistem IGCC didesain secara

modular sehingga mudah untuk dikembangkan

menjadi unit yang lebih besar kapasitasnya pada

saat kebutuhan tenaga listrik sudah meningkat.Untuk Indonesia sekitar tahun 2015 PLTU

batubara konvensional yang digunakan saat ini

sudah habis masa gunanya (life time) sehingga

penggunaan pembangkit listrik IGCC

merupakan teknologi alternatif yang patut

dipertimbangkan.

III. Kesimpulan

Pemakaian tenaga listrik di Indonesia

selama 20 tahun terakhir ini mengalami

peningkatan yang cukup pesat yaitu 14.5 % per

tahun dan dalam 25 tahun mendatang

diperkirakan akan terus mengalami peningkatan

dengan pertumbuhan sebesar 7.8 % per tahun.

Pangsa penggunaan batubara untuk pembangkit

listrik terus meningkat pesat dari 21 % pada

tahun 1996 menjadi 78 % pada tahun 2021.

Pemakaian batubara dalam jumlah besar iniharus menerapkan teknologi batubara bersih,

salah satunya yaitu IGCC, supaya dampak

lingkungannya minimum karena setiap

pembangkit tenaga sudah tentu mempunyai

pengaruh terhadap lingkungannya terutama

menyangkut polusi yang ditimbulkannya. Polusi

dari pembangkit tenaga yang secara langsung

mempengaruhi lingkungan yaitu hasil dari

proses pembakaran (gas buang dan abu) dan

panas buangan serta suara. Gas buang dapat

mengandung H2O, N2, O2, NO, NO2, CO2, CO,

SO2, SO3, abu, logam-logam berat, dan lainsebagainya dimana selain H2O, N2, O2 ,yang


32/43


lainnya dapat memberikan pengaruh negatif

terhadap lingkungan (Challilullah R., 1997).

Pembangkit listrik IGCC mempunyai

keunggulan bila dibandingkan dengan PLTU

konvensional dengan tambahan de-SOX dan de-

NOX dalam hal dampak lingkungan. Bagi

Indonesia pembangkit listrik IGCC merupakan

teknologi alternatif yang patut dipertimbangkan

untuk menggantikan PLTU batubara

konvensional yang akan habis masa gunanya.

Daftar Pustaka

Agus Sugiyono Teknologi Daur Kombinasi

Gasifikasi Batubara Terintegrasi, Peneliti

Bidang Energi-BPPT,1995.

BPPT-KFA, Technology Assessment for Energy

Related CO2 Reduction Strategies for

Indonesia, Final report, July 1995.

Chalilullah Rangkuti, Dr.Ir.MSc, Siklus

Kombinasi Pembangkit Tenaga Turbin

Gas dan Uap, Edisi pertama Juli 1997,

USU Press, Medan.

Departemen Pertambangan dan Energi, Repelita

V Sektor Pertambangan dan Energi, 1

April 1989.

Nengah Sudja Dr. Ing, Prospek Pemanfaatan

Gas Bumi untuk Pembangkit Tenaga

R. Muller and U. Schiffers, Pressurized Coal

Gasification for the Combined-Cycle

Process, VGB Kraftwerkstechnik 68,

Number 10, 1988

Yunus A.Cengel, Dr, Michael A.Boles, Dr,

Thermodynamics An Engineering

Approach Third Edition, Mc-Graw Hill-

Ltd, 1998.


33/43

Pengukuran Tahanan Grid Pembumian pada Model Lapisan Tanahyang tidak Unifom (Zulkarnaen Pane)

27

PENGUKURAN TAHANAN GRID PEMBUMIAN

PADA MODEL LAPISAN TANAH YANG TIDAK UNIFORMZulkarnaen Pane

1

1)Staf Pengajar Jurusan Teknik Elektro FT USU

Abstrak

Tulisan ini akan memaparkan penerapan pengujian model skala pada dua lapisan tanah yang tidak

uniform. Pengujian dilakukan pada bak elektrolitik untuk mengukur tahanan grid pembumian. Rincian

dari bak elektrolitik, peralatan dan rangkaian yang digunakan akan dijelaskan. Untuk memverifikasi

keakuratan dari hasil yang diperoleh melalui pengujian akan dibandingkan dengan hasil perhitungan.

Kata kunci: model skala, grid pembumian, dua lapis tanah

Abstract

This paper will explain the testing application of scale models for two non uniform earth layer. The

testing is done in an electrolytic tank for measuring the earth grid resistance.

The details of an electrolytictank, instruments and circuits which are used, will be explained. For the

verification the results accuracies of the testing will be compared by calculation.

Keywords: scale model, earth grid, two earth layer.

1. Pendahuluan

Dengan semakin bertambahnya jumlah,

ukuran dan kompleksitas suatu gardu induk,

tuntutan untuk mengembangkan prosedur

perencanaan yang akurat untuk sistem

pembumian yang ekonomis dan memberikan

tingkat keamanan yang diharapkan menjadi

penting. Untuk keperluan perencanaan tersebut

telah dikembangkan berbagai teknik analitis

mulai dari rumus-rumus sederhana yang dapat

dikerjakan dengan tangan sampai dengan yang

menggunakan komputer. Disamping itu untuk

memverifikasi kedua teknik tersebut digunakan

pengujian model skala. Dengan menggunakanmodel yang kecil dalam suatu bak elektrolitik

dapat ditentukan tahanan dan potensial

permukaan dari suatu sistem pembumian.

Tanah pada lokasi gardu induk adakalanya

tidak uniform atau terdiri dari dua lapisan tanah

yang berbeda tahanan jenisnya. Parameter-

parameter dari dua lapisan tanah adalah tahanan

jenis lapisan atas 1, ketebalan lapisan atas h,

dan tahanan jenis lapisan bawah 2 dengan

kedalaman yang tak berhingga. Perbedaan kedua

tahanan jenis ini dinyatakan oleh faktor refleksi

K yang didefensikan sebagai ( 2 - 1 )/ (2 +1).

Studi model skala untuk sistem pembumian

grid pada dua lapisan tanah telah dilakukan oleh

(Mukhedkar 1972, Caldecott 1983 dan Thapar

1987). Dalam studi tersebut ketiganya

menggunakan air sebagai lapisan pertamanya.

Untuk lapisan kedua, Mukhedkar menggunakan

beton semen, Caldecott menggunakan agar-agar

dan Thapar menggunakan air. Dari ketiga studi

tersebut, dua studi yang pertama mempunyai

kekurangan yakni kesulitan untuk mengatur

tahanan jenis masing-masing lapisan seperti

yang diharapkan. Sementara itu, studi yang

dilakukan oleh Thapar karena ia menggunakan

air baik sebagai lapisan pertama maupun sebagailapisan kedua, akan lebih mudah mengatur-atur

tahanan jenisnya dengan manambahkan garam

ke dalam air sehingga dapat diperoleh nilai

tahanan jenis yang dikehendaki.

Tulisan ini akan membahas hasil penerapan

pengujian model skala yang telah dikembangkan

oleh Thapar untuk mengukur tahanan

pembumian grid pada dua lapisan tanah yang

tidak uniform. Pengukuran dilakukan dengan

menggunakan metoda dua titik dan metoda fall

of potential (IEEE Std. 81, 1983). Hasil

pengukuran tersebut akan dibandingkan denganhasil perhitungan dengan rumus sederhana yang

diturunkan oleh (Salama 1995).


34/43


2. Prinsip Dasar Pemodelan

Untuk melaksanakan studi pemodelan dari

sistem pembumian grid gardu induk pada dua

lapisan tanah, model yang akan digunakan harus

merupakan tiruan (replika) dari grid pembumian

yang sebenarnya. Apabila semua dimensi fisik

sistem pembumian yang sebenarnya, seperti

diameter konduktor, panjang konduktor, jarak

antar konduktor dan kedalaman penanaman

elektroda pembumian diperkecil dengan suatu

faktor skala yang sama maka pola aliran arus

dan bentuk ekipotensial permukaan tidak akan

berubah (Thapar, 1983). Ini berarti bahwa profil

potensial yang diukur pada suatu model dapat

digunakan untuk menentukan potensial yang

sama pada grid yang sebenarnya. Oleh karena

itu adalah memungkinkan untuk menirukan

suatu sistem pembumian sebenarnya melaluipemodelan skala.

Sebagai model dua lapisan tanah

digunakan air leding dan air bercampur garam

yang dimasukkan secara terpisah ke dalam dua

bak yang terbuat dari bahan konduktif (yang

sering juga disebut sabagai bak elektrolitik).

Agar air yang berbeda tahanan jenisnya tersebut

tidak bercampur satu sama lain, kedua bak

dipisahkan oleh lembaran akrilik. Pada lembaran

akrilik dipasang batang-batang tembaga

sehingga lapisan air di bak atas terhubung secara

elektris dengan air yang terdapat di bak bawah.

Tahanan jenis air pada masing-masing bak dapat

diubah-ubah dengan cara menambahkan garam

secukupnya sehingga diperoleh nilai faktor

refleksi yang dikehendaki. Model dari elektroda

grid dibuat dengan bentuk yang sama dengan

bentuk grid yang sebenarnya tetapi dengan

ukuran yang diperkecil dengan suatu faktor

skala tertentu dan dibuat dengan bahan yang

sama yaitu tembaga.

Pengujian dilakukan dengan mengisi kedua

bak elektrolitik dengan air yang berbeda tahananjenisnya, kemudian model elektroda pembumian

dimasukkan ke dalam bak lapisan pertama, pada

kedalaman tertentu. Arus pengujian sebagai

simulasi arus gangguan tanah diinjeksikan ke

model elektroda pembumian. Selanjutnya

dilakukan berbagai pengukuran untuk

memperoleh besaran-besaaran yang

dikehendaki.

3. Konstruksi Bak Elektrolitik

Pengujian model skala pada dua lapisan

tanah ini menggunakan dua buah bak elektrolitikberukuran masing-masing 100 cm x 100 cm x

50 cm dan 100 cm x 100 cm x 51,5 cm yang

terbuat dari plat bergalvanis (galvanized iron)

dengan ketebalan 0,35 mm. Bak yang satu

diletakkan di atas bak yang lain, dimana pada

setiap sisi luar pinggiran permukaan bak bawah

ditambahkan plat dari bahan yang sama dengan

tinggi 1,5 cm, sehingga dasar dari bak atas

berada 1,5 cm di bawah permukaan bak bawah.

Konstruksi bak elektrolitik yang dilihat dari

samping dapat dilihat pada Gambar 1. Bak yang

bersifat konduktif ini digunakan sebagai

elektroda pengumpul (collecting electrode)

untuk arus listrik yang dialirkan pada elektroda

pembumian. Arus yang dialirkan melalui

elektroda pembumian akan terdistribusi secara

radial dengan bentuk setengah bola, jadi

walaupun bentuk bak yang digunakan berbentuk

persegi empat tidak menjadi masalah selamaukuran bak tersebut cukup besar agar tidak

mengganggu aliran distribusi arus yang

diinjeksikan.

Setiap sisi bak bawah terbuat dari bahan

yang sama, sedangkan pada dasar dari bak atas

terbuat dari lembaran akrilik (acrylic sheet)

setebal 3 mm. Batang-batang tembaga (copper

pins) berdiameter 1,78 mm dengan panjang

masing-masing 15 mm ditanam menembus

lembaran akrilik, dimana panjang dari setiap

batang tembaga pada setiap sisi lembaran akrilik

6 mm, dan jarak tiap-tiap batang tembaga padapermukaan lembaran akrilik adalah 10 mm.

Lembaran akrilik berfungsi untuk

memisahkan air pada kedua bak agar tidak

bercampur satu dengan yang lain, dan pada saat

yang bersamaan batang-batang tembaga dapat

mengalirkan arus listrik dengan baik antara

kedua medium. Jadi, walaupun antara kedua

medium dibatasi dengan lembaran akrilik,

namun keberadaannya tidak menghalangi

distribusi arus yang mengalir antara kedua

medium.

Untuk memperkecil pengaruh terbatasnyaukuran bak, maka ukuran model sistem

pembumian harus lebih kecil atau sama dengan

1/5 kali ukuran bak Dengan ukuran bak yang

tidak kurang dari 5 kali ukuran grid pembumian

ternyata aliran distribusi arus yang diinjeksikan

dan garis-garis ekipotensial yang timbul tidak

akan terganggu oleh dinding bak tersebut

[Thapar, 1987]. Setiap model elektroda

pembumian grid yang akan diuji digantung di

tengah rangka kayu berukuran 95 cm x 95 cm

(Gambar 2) dan diletakkan tepat di tengah-tengah bak.


35/43

Pengukuran Tahanan Grid Pembumian pada Model Lapisan Tanahyang tidak Unifom (Zulkarnaen Pane)

29

Lembaran Akrilik dengan

ketebalan 3mm

Batang-batang tembaga dengan

diameter 1,78mmdan panjang 15mm

Plat yang berfungsi sebagaipenyangga bak atas

Bak atas yang terbuat dari platbergalvanis setebal 0,35mm

Bak bawah yang terbuat dari

plat bergalvanis setebal 0,35mm

Kayu yang berfungsi sebagai

penyangg

Documents

Ensikom Vol_ 3 No_ 1 Juni 2005