Apakah Instrument Ground Loop harus dihindari?

Seorang instrument technician yang baru terjun ke proyek mendapatkan tugas untuk melakukan terminasi pada instrument di lapangan (transmitters, valves), ia diperintahkan untuk TIDAK menyambung / menterminasi drain wire shield ke terminal tetapi membungkusnya dengan tape (Gambar 1)

NoGroundLoop-Normal

Gambar 1

Kemudian instrument technician ini balik bertanya kenapa drain wire shield di field instrument tidak di konek tapi malah di isolasi dengan tape? Jawaban yang paling top markotop, paling fancy, paling cool adalah menghindari GROUND LOOP.

(Ground yang kita bicarakan di sini adalah bagian dari pada instrument earth (clean) contoh kasus di sini adalah Non-IS Earth. Note: Instrument Earth (clean) IE berfungsi melindungi sinyal dari induksi elektromagnetik. Sedangkan Protective Earth (dirty) PE melindungi Instrument dari arus berlebih karena short circuit).

Apa itu ground loop? Banyak artikel bahasa inggris, tetapi artikel berbahasa Indonesia yang ada di google tentang ground loop mayoritas ditulis oleh praktisi sound system (ahli sound studio musik, sound system konser musik, dll) dan praktisi video (ahli CCTV, ahli cinema, ahli TV dll). Menurut praktisi sound system ground loop ditandai dengan timbulnya bunyi noise ‘hummm…ngunngggg’ pada sistem audio mereka. Sedangkan lain lagi menurut praktisi video ground loop divisualkan gambar di video yang selalu scroll atau gambarnya bergerak-gerak. Intinya ground loop adalan loop yang menimbulkan noise / gangguan.

Bagaimana praktisi instrumentasi mendeskripsikan ground loop? Menurut imajinasi saya efek ground loop divisualkan dengan gangguan penerimaan sinyal oleh sistem kontrol yang fluktuatif, tidak stabil naik-turun (misal 12.3 mA, 12 mA, 11.7 mA..terus berubah) karena adanya noise / gangguan, padahal sinyal yang dikirim atau diinjeksikan dari transmitter cukup stabil (misal 12 mA).

GroundLoop-Normal

Gambar 2

Kurang lebihnya secara definisi instrument ground loop adalah loop yang menyebabkan timbulnya gangguan pengiriman sinyal dari transmitter ke sistem kontrol (PLC/DCS) atau sebaliknya. Gangguan timbul karena adanya arus lain mengalir pada shield wire (drain wire) yang cukup menimbulkan efek induksi magnetik pada kabel yang membawa data / sinyal utama. Arus mengalir diakibatkan oleh adanya beda potensial karena shield drain wire terhubung ke grounding pada 2 lokasi berbeda yang terpisah jarak (Gambar 2).

Sehingga engineering normalnya memberikan instruksi salah satu 1 saja shield drain wire yang disambung ke ground yaitu di sisi control cabinet, sedangkan sisi lainnya yaitu di field difloating. Kemudian shield drain wire di kontrol kabinet dikumpulkan ke instrument earth dispatcher (Gambar 1). NIS berkelompok dengan NIS, IS berkelompok dengan IS.

Apakah ground loop menimbulkan efek pada DI/DO 24 VDC? Menurut saya tidak akan terlalu ngefek atau bisa dikatakan tidak ada efeknya. Emang sebesar apa induksi elektromagnetik nya yang bisa menyebabkan supply 24VDC bisa berubah jadi 25VDC, 23VDC misalnya ke solenoid? Lagian kalaupun berubah jadi 23 VDC juga gak apa-apa-apa solenoid masih bisa berfungsi. Apalagi DI dari Switch atau Dry Contact yang hanya berurusan dengan open-contact basically menurut saya tidak ada efeknya ke ground loop. Kemudian kalau ada pertanyaan misalnya kenapa di dalam limit switch pada valve drain wire shieldnya juga di coil and tape? menurut saya itu hanya untuk keseragaman saja.

Nah, umumnya teknisi instrument yang berpengalaman sudah hafal betul bahwa shield drain wire di field instrument tidak dikonek hanya coil and tape (Gambar 1). Tetapi ada kasus terjadi ground loop bukan karena human error dari instrument technician tetapi karena problem dari gambarnya yang menimbulkan orang konstruksi salah.

Contoh ada Instrument Junction Box yang menjadi interface antara Field Instrument di lapangan dengan sistem kontrol kabinet di kontrol room. Di dalam JB dipasang 2 earth bar. 1 earth bar untuk clean instrument earth NIS-E dan 1 earth bar untuk dirty ground PE. Kejadian seperti ini menimbulkan kebingungan. PE disambung ke body dan ke struktur, NIS-E disambung ke mana? Pemasangan Instrument Earth Bar di dalam JB karena “kecelakaan” saja yaitu terminal dalam Junction Box tidak muat untuk terminasi shield drain wire (kabelnya kebanyakan) sehingga engineering menambahkan instrument earth bar NIS-E (Gambar 3). Karena NIS-E tidak boleh dikonek ke PE maka dibikinkan dispather atau boss tersendiri utk sambungan NIS-E. Yang terjadi adalah ini seperti Gambar 3 yang berpotensi terjadinya ground loop. Karena syarat-terjadinya ground loop terpenuhi yaitu 2 grounding terhubung menjadi loop. Solusinya adalah tidak perlu ditarik kabel ground dari NIS-E Junction Box ke dispatcher / boss. Biarkan NIS-E hanya berfungsi sebagai pengganti terminal menghubungkan semua Shield drain wire clean earth.

GroundLoop-JBEarthBar

Gambar 3

Nah, agak lain tapi mirip bagaimana kejadiaanya kalau seperti Gambar 4 berikut? Instrument Clean Earth NIS-E disatukan pada satu Instrument Earth Bar dispatcher NIS-E di kontrol room. Dulu kawan-kawan saya dan saya juga bilang bahwa ini berpotensi terjadinya ground loop. Tetapi sekarang saya berubah pikiran bahwa Gambar 4 tidak berpotensi terjadinya ground loop karena menurut saya alasan pertama instrument earth hanya mempunyai 1 titik ground sehingga potensi beda potensial antar ground tereliminasi. Alasan kedua jika terjadi induksi magnetik (misal karena kabel elektrikal yang berdekatan) maka induksi tersebut akan langsung habis dimakan oleh tanah melalu drain wire yang terhubung NIS-E dispatcher tanpa membuat efek fluktuasi pada sinyal.

GroundLoop-NISBar

Gambar 4

Kemudian jika ada package vendor yang memiliki Local Control Panel dan pasti di dalamnya ada Instrument Earth Bar NIS-E. Apakah akan dibuat dedicated Instrument Earth (NIS-E) Dispatcher / Boss untuk Local Control Panel (Gambar 5) tersebut yang penting terpisah dari PE?. Menurut saya jangan dilakukan pemberian earth boss sendiri utk LCP, karena jadinya akan ada 2 tempat pelepasan instrument ground NIS-E (di Local Panel dan Kontrol Kabinet kontrol room) sehingga potensi menimbulkan ground loop. (Note: meskipun saya tidak melihat hubungan loop dari field sampai kontrol kabinet. Tapi ada LINK komunikasi data dari Local Control Panel ke Control Cabinet sehingga potensi menjadi loop). Sebaiknya instrument clean earth disatukan saja menuju 1 dispatcher NIS-E di kontrol room (Gambar 6).

GroundLoop-LCP

Gambar 5

Nah seperti ini sebaiknya istrument clean earth NIS-E dari Local Control Panel harus tetap ditarik kabel menuju 1 dispatcher NIS-E di kontrol room sehingga mencegah ground loop (Gambar 6).

NoGroundLoop-LCP

Gambar 6

Jadi rule of thumbnya adalah jika bertemu dengan Instrument Earth di manapun di semua lokasi harus dikumpulkan ke satu dispatcher di kontrol room. Kalau nggak muat ya beberapa instrument dispatcher kemudian dijumper / dikasih link. NIS dikumpulkan sesama NIS kemudian dikonek ke strukture dan IS dikumpulkan sesama IS baru dikonek ke struktur. (Instrument Earth (IE) terdiri dari Non IS – Earth (NIS-E) dan IS-Earth (ISE). Kenapa NIS dan IS perlu dipisah? sebaiknya di topik tersendiri)

Biasanya ada pertanyaan pada akhirnya Instrument Earth (clean) IE dari dispatcher disambung juga ke struktur earth boss demikian juga electrical PE (dirty) langung ke struktur atau dari dispatcher disambung ke struktur pake earth boss maka akan ketemu juga nyambung dirty dan clean di struktur? Kenapa repot-repot dipisah toh akhirnya nyatu juga? Jawabannya sekedar menurut saya lho sebagai berikut tujuan utama instrument clean earth dipisah dari PE adalah agar instrument earth tidak terkontaminasi PE dan bisa dikumpulkan dalam 1 titik ground dispatcher dan digrounded ke structure. Yang paling penting dari IE adalah one point ground. Tetapi kalau diabaikan yaitu clean instrument earth IE tidak dipisah dengan PE dan banyak ketemu PE di mana-mana (note: PE itu bisa berupa apa saja kabel ground elektrik, gland, earth tag, body panel, body JB, Frame Skid, Enclosure equipment, struktur, support..semua itu PE karena harus nyambung dengan tanah) di berbagai tempat maka titik instrument ground jadi banyak….ada di banyak titik (bukan lagi one point ground). Setiap IE nyentuh PE maka jadi nyambung jadi titik ground. Maka yang terjadi adalah begitu ada beda potensial pada ground maka efek ground loop akan mengganggu instrument.

Menjawab pertanyaan judul apakah ground loop perlu dihindari? Menurut teori jawabannya iya harus dihindari selama engineering dan konstruksi. Dalam dunia riil pada plant yang sudah bertahun-tahun operasi seberapa parahkah efek mengganggunya sehingga perlu berhati-hati mendesain dan memasang grounding instrument? Somebody else need to help me to tell.

Batam, 01-Jun-2018 (Hari Lahir Pancasila)

Nova Kurniawan

Advertisements

5 Responses

  1. trims sharingnya ….
    wah mulai aktif lagi cak nova … mantap ….

  2. Knowledgeable dan sederhana penyampaianny sehingga mudah dimenegerti

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: