Instrument Clean Earth (IE) dan Protective Dirty Earth (PE), Mengapa harus berpisah?

Pada catatan posting blog sebelumnya tentang ground loop menimbulkan pertanyaan dari seorang rekan apakah IE dan PE wajib dipisah atau boleh disatukan pada satu ground referensi?

Jawaban instannya menurut saya (pendapat pribadi) adalah dalam rangkaian loop Instrument dan kontrol yang saling terhubung sebaiknya IE tidak pernah ketemu dengan PE atau harus berpisah secara total termasuk masing-masing komponen-komponennya sampai pada satu titik di pusat atau paling ujung yaitu di struktur di mana IE digrounded menjadi satu dengan struktur PE. Jadi IE tidak disatukan dengan PE tapi mau tidak mau menyatu karena terakhirnya nempel di struktur bangunan yang sama untuk kasus offshore platform. (Note: Saya belum punya pendapat untuk onshore plant bagaimana IE dan PE berakhir pada grounding rod-nya. Mungkin berakhir pada tanah yang satu.. tanah tumpah darah Indonesia =P).

Tujuannya dipisah adalah kembali ke artikel sebelumnya yaitu dilarangnya IE ketemu PE kecuali 1 diujung. Kalau IE ketemu PE pada 2, 3, 4, dst point maka siap-siap noise akan menyerang (efek ground loop).

Grounding dalam instrumentasi dibagi 2 secara umum yaitu yang pertama Dirty Earth atau Protective Earth (PE) adalah pengaman yang berfungsi untuk melindungi device dari short circuit atau adanya arus berlebihan yang bocor sehingga instrument aman tidak terbakar. Yang kedua adalah Clean Earth atau Instrument Earth (IE) adalah pengaman yang berfungsi melindungi signal instrument dari gangguan yang disebabkan oleh interferensi electromagnetik atau induksi elektromagnetik sehingga signal yang dikirim tidak ada noise. Instrument Earth (IE) dikelompokkan menjadi 2 yaitu Non IS Instrument Eart (NIS-E) dan IS Instrument Earth (IS-E).

Skematik PE dan IE secara garis besar digambarkan sebagai berikut (Gambar 1).

CleanDirtyEarth1

Gambar 1

Setiap komponen dari Transmitter, Glands, Cables, Junction Box, dan Kontrol Kabinet mendukung fungsi salah satu sebagai berikut: signalling 4-20 mA, interference / noise fighting (clean earth IE), dan keamanan / electrical safety (dirty earth PE).

Transmitter

Ketika transmitter sudah digland dan diterminasi maka akan tampak fungsi masing-masing komponen sebagai berikut. Kabel pair angka 1 dan 2 yang diterminasi pada terminal berfungsi untuk membawa signal 4-20mA. Kabel drain wire / shield wire / screen wire (note: saya sering menyebutnya sebagai drain wire) adalah bagian dari instrument clean earth (IE) (note: yang berwarna hijau) yang berfungsi mengurangi noise. Sedangkan body transmitter dan cable gland adalah bagian dari dirty earth (PE) (Note: yang berwarna merah) yang berfungsi untuk electrical safety / pengaman short circuit. Hijau dan merah tidak boleh bertemu. Oleh karena itu drain wire hijau perlu dikondomin di dalam transmitter karena tidak dikondomin dari pabrik. Kenapa tidak? Karena drain wire harus bersentuhan dengan screen di sepanjang kabel di dalam inner sheath. Ketika inner sheath dikupas, screen aluminium foilnya juga terkupas, masuk ke transmitter maka drain wire akan telanjang dan harus dikondomin dan diisolasi supaya tidak bertemu PE. Kalau drain wire (hijau) ketemu PE di body transmitter maka si hijau akan grounded dan terjadilah efek ground loop.

Cable Gland

Cable gland (normalnya adalah conductive metalik material seperti Stainless Steel, Brass, atau Brass Nickel Plated) yang berfungsi untuk mengikat kabel dengan equipment adalah bagian dari dirty earth (PE). Cable gland harus nyambung atau fully contact dengan dirty earth (PE). Untuk memastikan fully contact, ketika ulir laki-laki gland bisa kawin dan digigit ulir perempuan transmitter maka itu pasti fully contact. Agar lebih kontak lagi maka jika diperlukan bisa dipasang gland accessories yaitu Earth Tag. Earth Tag memiliki sambungan baut yang bisa dipasang kabel untuk menyambungkan ke body transmitter dan atau ke struktur (earth boss / earth plate). Earth Tag, Cable Gland, dan Body Transmitter harus continue ke struktur sebagai dirty earth PE. Gland sebagai dirty earth (PE) tidak boleh ketemu clean earth (IE) yaitu si hijau drain wire dan screen. Ketika teknisi motong inner sheath kependekan maka ada kemungkinan drain wire / screen aluminium foil menyentuh gland. Akibatnya clean earth tergrounded karena IE nyentuh PE. Jangan sampai terjadi karena efek ground loop bisa menyerang signal instrument.

Instrument Cable

Instrument cable setidaknya menjalankan 3 fungsi utama: pertama transfer signal pada pairs / cores cabe conductornya, yang ke-2 menjalankan fungsi noise fighting pada shielding systemnya, dan yang ke-3 adalah menjalankan fungsi keamanan listrik pada armournya. Armour juga menjalankan fungsi mechanical protection. Bagian lain yaitu insulation, inner sheath, dan outer sheath merupakan jaket untuk mengisolasi antar bagian lapisan kabel dan antara internal kabel dengan lingkungan serta pertahanan terhadap kebakaran. Untuk lebih jelas daleman kabel instrument bisa dilihat pada posting saya sebelumnya The Best Image of Instrument Cables; I think..

Khusus untuk topik grounding, di dalam kabel instrument terdapat shielding system yang terdiri atas aluminium foil dan drain wire, keduanya menjalankan fungsi sebagai instrument clean earth (IE). Di dalam kabel juga terdapat armour yang menjalankan peran sebagai dirty earth (PE). Shielding dan Armour tidak boleh bertemu. Lokasi shielding di dalam inner sheath, sedangkan lokasi armour di luar inner sheath. Sehingga fungsi inner sheath membatasi IE dan PE biar tidak ketemu. Kalau terjadi IE dan PE ketemu karena inner sheath rusak maka potensi terjadi efek ground loop yaitu potensi timbulnya noise.

Armour sebagai PE harus ketemu dan berikatan dengan cable gland dan fully contact. Armour, cable gland, dan body transmitter sama-sama dirty earth (PE) dan digrounded ke struktur. Sedangkan drain wire (shield) sebagai clean earth (IE) di dalam kabel hanya lewat saja dalam gland dan masuk ke Instrument Junction Box ke terminal.

Junction Box

Sebelum masuk junction box kabel digland dulu di JB entry. Seperti dibahas sebelumnya gland adalah PE, body Junction Box adalah PE yang digrounded juga, maka Gland dan JB harus menyatu. Bagaimana gland nempel dan menyatu pada junction box? Pertama harus diketahui dulu tipe junction box-nya. Kemungkinan tipe JB-nya adalah:

  • Junction Box Steel yang tebal (Ex d) yang bisa ditapping dan memiliki thread / ulir sehingga gland tinggal dimasukkan di kawinkan ke dalam lubang JB berulir maka mereka sudah saling menggigit. Kalau diragukan gigitannya maka perlu ditambah earth tag untuk disambung kabel ke struktur menjadi PE.
  • Junction Box Ex e yang tipis terbuat dari non-metalik material seperti fiber tidak bisa dibuat thread / ulir. Lubang untuk gland di JB mulus aja. Padahal hukumnya wajib bagi gland menggigit JB untuk kekuatan dan kontinuity dengan PE. Solusinya adalah pemasangan accesories gland yaitu earth tag yang disambung ke struktur sehingga gland tersambung menjadi PE.
  • Junction Box Ex e yang tipis terbuat dari metalic material stainless steel atau painted carbon steel. Tipe JB tipis ini juga tidak bisa dibuat thread/ ulir maka gland dan JB disatukan dengan dijepit dengan locknut. Untuk JB painted carbon steel ada cat yang menjadi isolator bersatunya gland dengan JB sehingga perlu diberikan serrated washer untuk mengoyak cat penghalang bersatunya gland dan JB. Meskipun banyak juga yang ragu kemampuan serrated washer untuk mengoyak cat (padahal bisa diukur konduktifitasnya) karena tujuan serrated washer dibuat adalah untuk menahan vibrasi bukan ngoyak cat. Option terakhir kalau masih kurang yakin maka dipasang earth tag untuk menyambung gland ke struktur sehingga gland dan JB bersatu tersambung ke PE.

Kabel konduktor signal masuk ke terminal dan diterminasi sedangkan drain wire shield (IE) harus dikondomin dulu agar tidak bersentuhan dengan body junction box (PE) baru kemudian drain wire shield diterminasi ke terminal. Kalau tidak dikondomin dan bersentuhan dengan body maka game over lagi potensi terjadinya efek ground loop yaitu noise. Hati-hati menghitung jumlah terminal jangan sampai tidak muat alias terminalnya kurang.

Drain wire shield dari field instrument bertemu masing-masing satu-satu dengan drain wire shield dari multipair kabel (analog or continous purpose) atau bertemu secara poligami yaitu banyak drain wire shield dari banyak field instrument dijumper dulu baru diketemukan dengan satu shield dari multipair kabel (digital or discrete purpose) (note: saya meragukan fungsi shielding utk DI/DO dari limit switch, dry contact relay, dan solenoid).

Body JB, Gland, dan Gland Plate pada JB adalah bagian dari instrument yang tersambung ke Dirty Earth PE.

Kontrol Kabinet / Panel

Kabel memasuki kontrol Kabinet normalnya dari atas panel atau jika raised floor dari bawah panel. Gland, armour, dan earthing tag perlu diasembly sedemikian rupa untuk memastikan mereka tersambung dengan body panel dan tersambung dengan dirty earth PE bar. Instrument clean earth IE yaitu screen dan drain wire tidak boleh sama sekali menyentuh apapun komponen PE. Screen aluminium foil dipotong yang rapi dan diheatshrink jangan sampai menyentuh gland ataupun panel. Sedangkan drain wire dikondomin (biar gak ada yang nyentuh dia) kemudian di terminasi di IE bar dalam kontrol panel/kabinet. Lagi-lagi kalau IE menyentuh PE maka potensi terjadi efek ground loop.

Di dalam kontrol room di mana kontrol kabinet berada harus disediakan PE dispatcher dan IE dispatcher. Kabel dari PE bar disambung ke PE dispatcher dan kabel dari IE bar disambung ke IE dispatcher. Dari masing-masing dispatcher kemudian ditarik kabel ke struktur. Kalau untuk offshore platform ditarik kabel ground masing-masing ke Leg below lower deck. IE dispatcher ditarik kabel ke below lower deck dan disambung ke struktur dengan cald weld. PE dispatcher ditarik kabel ke below lower deck sisi yang lain dan disambung ke strukture dengan caldweld juga. Jadi pada hakikatnya IE dan PE tidak diketemukan tetapi karena nempel di struktur yang sama maka mereke jadi satu juga di satu titik terakhir ini. Titik ini adalah satu-satunya IE digrounded, tidak boleh di tempat lain.

Batam 04-Jun-2018

Nova Kurniawan

Advertisements

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 )

w

Connecting to %s

%d bloggers like this: