Rangkaian Sederhana 4-20 mA, Tapi Malah Aneh

Saya sedang mencari-cari simplified rangkaian analog instrument input (AI) yang bisa dinalar secara sederhana dengan hubungan Ohm Law V=IR dalam suatu proses transmisi signal 4-20 mA. Siapapun yang pernah sekolah SMP pernah mendapatkan materi Ohm Law pada pelajaran Fisika sehingga mudah untuk memahami rangkaian ini.  Ada beberapa ketentuan transmisi 4-20 mA loop powered yang disampaikan dalam artikel-artikel 4-20 mA.

  • Power 24VDC berada dalam satu rangkaian dengan Signal 4-20 mA
  • Perubahan nilai arus dari 4 mA sampai 20 mA dilakukan oleh transmitter yang merespond dari besaran sensor secara liner. Fungsi Transmitter adalah seperti Kran Air yang mengatur aliran air. Dengan analogi kran air komponen listrik yang bisa mengatur besar kecil arus adalah load Rtotal. Rtotal terdiri dari Load beban (r) aseli untuk menyalakan LCD, load yang diakibatkan oleh rangkaian internal dan Load Adjustable (R).
  • 1 core wire 1.5 Sqmm memiliki hambatan sebesar 3 Ohm / 1000ft atau 3 Ohm/ 300 meter.  Ambil sebagai contoh jarak Transmitter ke Control Panel karena muter-muter adalah 150 meter. Jadi jarak bolak-balik perjalanan arus dari (+) balike ke (-) adalah 300 meter. Jadi total resistant kabel adalah 3 Ohm.
  • Signal analog 4-20 mA oleh PLC/DCS tidak langsung diterima sebagai arus analog tetapi harus dirubah sebagai voltage untuk proses sampling digitasi selanjutnya dalam ADC (Analog to Digital Converter). Oleh karenanya perlu dipasang Resistor 250 Ohm agar diantaranya bisa diambil voltage 1V – 5V. Artinya 4mA = 1 Volt,…..dan seterusnya sampai……….,20mA = 5 Volt.

Schematic rangkaian sederhana 4-20mA Loop Powered adalah sebagai berikut pada Gambar 1

4-20mA_Basic_03

Gambar 1

Berapa range nilai R harus berubah untuk menghasilkan 4-20 mA..?

4 mA memerlukan   R = 5747 Ohm

20 mA memerlukan R = 947 Ohm

Sehingga dengan simulasi perubahan load resistansi pada transmitter berbanding linear dengan perubahan process variable dari Lower Range Value (LRV) sampai Upper Range Value (URV) maka dapat disimulasikan sebagai berikut:

MINIMUM Process Variable LRV 0% [Gambar 2]

4mA_Basic_02

Gambar 2

  • Transmitter akan menghasilkan nilai resistance yang equivalent dengan = 5747 Ohm.
  • Transmitter akan mengirimkan arus sebesar 4 mA
  • AI module pada PLC/DCS menerima 1 Volt
  • Tegangan pada terminal Transmitter adalah 22.98 Volt
  • Tegangan pada terminal Junction Box adalah 22.99 Volt  [Aneh…..?]
  • Tegangan pada terminal Control Panel adalah 23 Volt [Aneh………?]

MAKSIMUM Process Variable URV 100% [Gambar 3]

20mA_Basic_02

Gambar 3

  • Transmitter akan menghasilkan nilai resistance yang equivalent dengan = 947 Ohm.
  • Transmitter akan mengirimkan arus sebesar 20 mA
  • AI Module pada PLC/DCS menerima 5 Volt
  • Tegangan pada terminal Transmitter adalah 18.94 Volt   [Aneh………?]
  • Tegangan pada terminal Junction Box adalah 18.97 Volt  [Aneh………?]
  • Tegangan pada terminal Control Panel adalah 19 Volt      [Aneh………?]

Nilai-nilai yang saya tandai aneh adalah saya merasa masuk secara perhitungan tapi sepertinya tidak sesuai dengan aktual yang dijumpai di lapangan. Sehingga dalam posting blog kali ini justru saya ingin bertanya kepada rekan-rekan saya:

  1. Apakah rangkaian sederhana 4-20 mA loop powered di atas betul?
  2. Kalau tidak betul bagaimana betulnya yang berupa rangkaian sederhana dan mudah dipahami?
  3. Sepertinya masih ada yang berupa “Black Box” di dalam transmitter? Salah satu animasi yang pernah saya baca kutub positif (+) yang menghubungkan antara Kontrol Sistem dengan transmitter arusnya konstant 20mA. Sementara kutub negatif (-) yang berfluktuasi dari 4-20mA. Apakah seperti itu?

Batam, 9-Jun-2018

Nova Kurniawan

 

Advertisements

Bukankah yang harus dihindari namanya Ground Fault?

Setelah memposting catatan pengingat saya tentang Ground Loop, saya juga mendapatkan pernyataan dan pertanyaan dari seorang rekan yaitu bukankah yang sering jadi masalah di lapangan proyek namanya adalah Ground Fault? Ground loop tidak pernah terdengar sebagai masalah.

Istilah ground fault lebih populer daripada istilah ground loop. Karena istilah ground fault adalah istilah electrical power yang tentu saja electrical power hadir lebih dulu dan lebih popular dibandingkan instrumentasi (yang hadir belakangan dan hanya untuk kalangan terbatas). Electrical itu adalah penanda zaman sementara instrumentasi tidak. Maksudnya electrical merupakan teknologi yang secara massive mengubah kehidupan manusia pada awal abad 20. Setelah electrical ada komputer (penanda zaman akhir abad 20) dan internet / IT (awal abad 21). Kata Jack Ma (Alibaba.com), penanda zaman berikutnya adalah Data Technology (DT). (Note: Makanya Go-Jek, Grab, Bukalapak… bisnis utamanya adalah ngumpulin Data =P)

Pengertian Ground Fault adalah arus yang lari ke ground padahal seharusnya jangan. Imajinasi mudahnya adalah jika kita memiliki alat elektronik kemudian pada enclosure / body-nya anda pegang nyetrum itu tandanya tidak diground. Namun demikian ketika dipasang ground pada alat elektronik tersebut dan arus mengalir ke ground bukan lagi ke anda maka namanya disebut ground fault, hasilnya tangan anda aman tidak kesetrum. Dalam perspektif safety, ground sudah menjalankan fungsi keamanan, dalam perspektif elektrik alat ini harus diperbaiki karena arus yang seharusnya untuk menghidupkan beban (lampu, kipas angin, dst) justru dimakan oleh ground namanya Ground Fault.

Perhatikan Gambar 1 berikut, apa bedanya Ground Fault, Ground Loop, dan Short Circuit?

CleanDirtyEarth1

Gambar 1

Short Circuit adalah arus yang mencari dan ketemu jalan terpintas untuk kembali sebelum melewati beban. Kejadiannya adalah antara wire 1 dengan 2 atau (+) dengan (-) pada bagian hitam Gambar 1. Arus pada 1 (+) yang seharusnya berjalan sampai ke beban (transmitter) ternyata belum sampai beban sudah bisa ketemu jalan balik 2 (-) kembali ke sumber maka disebut short circuit (arus pintas… menurut saya kurang tepat disebut arus pendek). Arus yang kembali ke common (-) tanpa melewati beban (R design pada transmitter) yang seharusnya tapi hanya melewati kabel (R kabel kecil) menyebabkan arusya masih besar dan bisa menjebolkan fuse pada kontrol kabinet. Kejadian short circuit bisa terjadi di terminal transmitter, di gland, di kabel, di JB, atau di kontrol kabinet sendiri. Megger core to core mengeliminir short circuit.

Ground Loop sudah didefinisikan di catatan sebelumnya yaitu bertemunya si hijau (clean earth IE) dengan si merah (dirty earth PE) pada 2 lokasi atau lebih. Hijau dan merah boleh ketemu di satu titik paling ujung. Megger screen (seharusnya disebut drain wire) to armour dan screen to ground mengeliminasi ground loop pada kabel.

Ground Fault adalah arus yang bocor ke ground baik sebelum atau sesudah melewati beban. Kejadiannya adalah persentuhan antara core 1 (hitam +) dengan clean earth (hijau) dan atau dengan dirty earth (merah). Persentuhan antara core 2 (hitam -) dengan clean earth (hijau) dan atau dengan dirty earth (merah). Megger core to screen (drain wire), core to armour, dan core to ground mengeliminasi ground fault pada kabel. Bagaimana mendeteksi ground fault? Cara tradisional tau ada ground fault adalah ketika terminal 2 (-) dengan ground tidak menunjukkan 0V. Kalau ground faultnya terjadi pada wire 1 (+) maka arus semua / sebagian akan langsung dimakan ground (R-nya kecil) sebelum terkena beban. Sehingga arusnya jadi besar…fuse-nya di kontrol kabinet jebol. Kalau ground faultnya pada wire 2 (-) artinya arus sudah melewat beban transmitter (R besar) arus sesuai design requirement, maka fuse tidak jebol tapi arus kemudian tidak balik melalui common (-) tapi semua / sebagian belok ke ground sehingga kontrol kabinet tidak menerima respond signal. Ada yang bilang antara 2 (-) terhadap ground terjadi beda potensial jadi ada voltage. (Need opinion benar atau tidak……..? mungkin kebalik?. Namun ada kawan saya yang juga bilang adanya beda potensial (voltage) antara common (-) dengan ground tidak bisa dijadikan patokan adanya arus bocor suatu rangkaian tertentu ke ground. Yang saya tangkap dari argumen kawan tersebut bahwa ground bisa punya potensial dari manapun juga dari tempat lain bukan sekedar bocoran dari rangkaian ini….hmm posisi berfikir, saya belum sempat membuktikan).

Cara offline cari ground fault yaitu mengukur resistant (+) terhadap ground dan atau mengukur (-) terhadap ground maka hasilnya harus infinity / tak hingga artinya tidak ada sentuhan sama sekali. Kalau ada value OHM antara (+) terhadap ground atau (-) terhadap ground maka dipastikan akan terjadi ground fault.

Transmitter bahkan kontrol kabinet bukanlah alat elektrikal seperti distribution board yang memiliki ground fault monitor. Jadi harus dicari.

Batam, 06-Jun-2018

Nova Kurniawan

 

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

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

Instrument Air Dryness-Dew Point

Pada suatu pagi instrument commissioning team sedang menyiapkan instrument air untuk persiapan kegiatan commissioning. Ada compressor ada dryer ada hose yang mereka siapkan kemudian saya bertanya.

Question: “Ini untuk membuktikan udaranya kering bagaimana?

Answer : “Kita liat nanti pengecekan visual dari keluaran udaranya Pak. Kalau keluarannya tidak ada water / tidak basah berarti itu udara kering?”

Question: “Jadi tidak ada pengukuran kekeringan sampai dew point berapa?”

Answer : “Kami tidak pernah melakukan itu pak?”

Oooo…..

Kemudian saya tinggalkan tempat itu, tidak beberapa lama ada orang yang bertanggung jawab untuk pekerjaan tersebut datang dan engineer muda langsung menghampiri orang tersebut:

Engineer Muda: “Sir, our instrument air is ready and dry, please try and give your hand”

Kemudian orang asing tersebut memberikan tangannya dan disembur sedikit dengan keluaran udara yang keluar dari dryernya. Kemudian orang asing tersebut melihat tangannya beberapa saat.

Engineer Muda: “It is dry, right?”

Orang Asing : “Yes it is good (sambil nunjukin jempolnya), and go ahead for the commissioning”

Engineer Muda: “Yess….. Instrument Air kita diaccept Coi…lanjut-lanjut”

Saya liat ada yang kurang beres dari percakapan di atas. Ini kejadian riil yang pernah saya lihat. Beberapa hari kemudian saya dekati engineer muda yang yang mengecek kekeringan udara dengan tangan dan saya minta ke dia kalau ada proyek lain lagi jangan seperti itu karena tingkat kekeringan instrument air ada aturannya.

Kurang lebih rule of thumbnya sebagai berikut.

Aturan tingkat kekeringan instrument air adalah menurut ISA-S7.0.01 Quality Standard for Instrument Air. Tingkat kekeringan udara instrument air diukur dari dew point temperaturnya yaitu 10 degC di bawah suhu minimum lingkungan dimana instrument bisa terekspose.

Interpretasi saya pribadi dari membaca standar bahwa ketika Instrument minimum suhu lingkungannya adalah 10 degC maka maksimal dew point temperature untuk Instrument air adalah 0 degC. Atau menurut saya dibawahnya lagi lebih bagus sampai -10 degC atau -20 degC.

Pengalaman saya untuk proyek-proyek di iklim tropis instrument air dew point temperaturnya adalah maksimal -20 degC. Maksimal artinya jangan lebih tinggi lagi dew pointnya. Lebih rendah lagi katakanlah -30 degC atau -40 degC lebih bagus.

Arti dew point temperature adalah titik embun udara mulai menjadi moisture atau bintik water. Jadi dengan demikian udara yang memiliki dew point -20 degC hanya akan menjadi moisture embun ketika suhu udara lingkungan turun sampai -20 degC. Padahal di iklim tropis kita ini tidak mungkin suhu udara turun menjadi -20 degC. (Note: perhatikan juga pastikan line Instrument air tidak ada yg lewat proses referigrasi atau cooling yg menyebabkan suhu turun karena konduksi atau konveksi. Pastikan tidak ada. Karena bisa mempengaruhi suhu lingkungan). Artinya udara instrument air dengan dew point -20 degC di iklim tropis sangat aman sekali dari pengembunan alias udara tidak mungkin menjadi water.

Ketika udara aman maka semua aktuator akan aman dari serangan water. Kenapa takut water? Karena kalau diserang water akan korosi. Kalau misalnya dew point tidak diperhatikan maka beberapa hari ke depan di dalam Instrument anda yang menggunakan Instrument air akan penuh water.

Kalau proyek-proyek yang di kerjakan di North Sea atau di Rusia mungkin dew point harus lebih rendah lagi karena suhu udara bisa mencapai -45 degC. Sehingga dew point instrument air harus lebih rendah yaitu maksimal dewpoint -55degC.

Kalau Dew Point-nya Instrument air yang diperlukan makin rendah dan makin rendah maka bisa-bisa tidak bisa lagi memakai udara tetapi harus memakai nitrogen. Berapa dew point Nitrogen murni? Nitrogen murni tidak membawa sedikitpun uap air sehingga dew pointnya adalah -~ degC (minus tak hingga degree celcius / centigrade). Nitrogen murni artinya tidak ada komponen oksigennya (kalo ada oksigen berarti tidak murni). Ketika nitrogen tidak ada oksigen sama sekali maka tidak akan pernah ada reaksi yang menghasilkan H2O (water). Artinya nitrogen murni sangat-sangat kering tidak membawa unsur water. Karena kering maka tidak akan pernah mengembun.

Bagaimana untuk mengetahui bahwa udara instrument air kita mempunya dew point -20 degC? Tahap awalnya adalah pastikan bahwa dryer yang digunakan adalah dessicant dryer. Kalau bukan dessicant dryer sangat tidak mungkin bisa mencapai dew point -20degC apalagi -40 degC. Dryer yang bagus sering ada monitor display / LCD dew point outletnya. Kita bisa membaca dew point dari reading di air dryer dengan catatan ada sertifikat kalibrasinya yang masih valid.

Cara lain adalah kita beli dew point meter kemudian semburkan udara keluaran dryer ke dewpoint meter tersebut dan baca dew point temperaturnya. Ada error sedikit pastinya karena udara semburan sempat keluar ke atmosfer sebelum kena alat ukur.

Jadi hindari mengecek kekeringan dengan hanya menyemburkan ke tangan. Karena secara safetypun tidak baik. Partikel kecil besi masuk ke pori-pori kulit anda.

Batam, 26 May 2018

Nova Kurniawan

ISO/IEC-17025 Akreditasi Lab Kalibrasi dan Sertifikat Kompetensi Personel di Site Proyek

Beberapa tahun yang lalu saya pernah mendapatkan suatu pertanyaan dari customer ketika akan melakukan kalibrasi pertama kali pre-installatin instrument (Note: Bukan Instrument untuk Custody Transfer. Tapi normal process instrument).

Apakah fasilitas kalibrasi dan teknisi kalibrasi yang anda punya ini terakreditasi dan memenuhi standar kompetensi international?

Anda tau kan? yang biasa dipunyai oleh perusahaan konstruksi hanyalah Sertifikat Kalibrasi Master Equipment yang dikalibrasi oleh Third Party Lab. Sedangkan akreditasi fasilitas kalibrasi dan kompetensi personnel normalnya tidak ada (kalau anda punya maafkan saya, berarti saya ketinggalan zaman). Sertifikasi khusus dari Authorized Body seperti ISO-17025 untuk fasilitas kalibrasi dan kompetensi teknisi menurut saya masih terlalu mewah untuk dipunyai (setidaknya sampai saat ini) alias tidak perlu karena:

  1. Fasilitas kalibrasi yang dimiliki perusahaan konstruksi hanya sebuah bench calibration shop dan teknisinya mostly hanya melakukan function test pre-installation of instrument.
  2. Lagi pula masih jarang atau bahkan belum pernah perusahaan oil and gas meminta kontraktor di spesifikasi kontraknya untuk memenuhi akreditasi fasilitas kalibrasi seperti memenuhi ISO-17025.

Menurut saya fasilitas kalibrasi yang perlu mendapatkan sertifikat ISO-17025 adalah Laboratorium Kalibrasi resmi yang diaudit dan disertifikasi oleh KAN (Komite Akreditasi Nasional). KAN merupakan merupakan authorized body setingkat nasional punya Indonesia yang mengimplementasikan ISO-17025 dan diakui oleh International Laboratory Accreditation Cooperation (ILAC).

Menghadapi kondisi tersebut maka berikut kejadian-kejadian yang saya catat sebagai diary saya di blog ini:

  1. Spesifikasi proyek yang dimiliki customer tidak pernah menyebutkan tentang akreditasi fasilitas kalibrasi atau menyebutkan code seperti ISO/IEC-17025.
  2. Akhirnya akreditasi fasilitas kalibrasi bisa dinegosiasikan alias tidak perlu ada.
  3. Tetapi benar bahwa spesifikasi proyek menyebutkan kompetensi personnel. Bagaimana membuktikan kompetensi? Apakah perlu secarik kertas?
  4. Menurut saya kompetensi bisa dibuktikan dengan praktek langsung, ketika teknisi sudah bisa melakukan kalibrasi sesuai dengan prosedure yang sudah diapproved oleh customer maka teknisi tersebut kompeten.
  5. Customer berpendapat kompetensi harus dibuktikan dengan selembar kertas yang ditandatangani oleh Third Party.
  6. Kenapa harus melibatkan Third Party ketika customer mampu menilai kompetensi? Rupanya ini analoginya seperti Jual beli mobil second. Diantara Penjual dan Pembeli ada montir dari bengkel yang akan menilai mobil tersebut layak atau tidak. Montir ini sebagai Third Party.
  7. Saya minta customer untuk membawa Third Party (Seperti Jual beli mobil yang bawa montir biasanya adalah pembeli bukan penjual) tetapi customer menolak. Third Party harus dari contractor dan harus well known international Third Party.
  8. Akhirnya dengan bantuan QC maka dibawalah Third Party cukup terkenal di dunia inspection service terutama tentang Material, Structural, Welding. Akhirnya disetujui oleh customer. Saya tidak cukup waktu untuk pelajari apakah well known Third Party inspection service untuk material, welding, structural bisa juga mempunya kompetensi untuk Third Party Instrument Calibration??? I did not really know.
  9. Yang penting waktu itu Third Party disetujui oleh customer. Kemudian Third Party datang menyaksikan proses kalibrasi dan dicocokan dengan Approved Procedure. Selesai semua prosesnya Third Party mengeluarkan selembar kertas yang cukup sakti berupa endorsement bahwa Teknisi Nama xxx sudah melakukan kalibrasi sesuai dengan “approved project procedure”. Note: bukan memenuhi International code tertentu.
  10. Selembar kertas ini bisa menyelesaikan masalah. Case Closed

Semua kejadian di atas adalah menyelesaikan masalah dalam kondisi kepepet. Seharusnya memang idealnya kedepan yang disebut aktivitas kalibrasi harus memiliki traceability sertifikat baik Equipment, juga kompetensi teknisi, akreditasi fasilitas yang mencakup environment, levelness, dan preservasi master kalibrasi. Traceability ini bisa diurut dari Internasional Laboratory (ILAC), Asia Pacific Laboratory (APLAC), National Laboratory (KAN), Lab Kalibrasi (PT. A, PT. B, dst), sampai ke user Calibration Shop.

Lab Kalibrasi harus memastikan bahwa Calibration shop menyimpan, meletakkan, dan menggunakan alat master kalibrasi secara benar oleh teknisi yang diapprove oleh Lab Tersebut. Jika traceability sertifikat dan kompetensi tidak dimiliki maka aktivitas Zeroing, Span, ensure Linearity yang dilakukan oleh teknisi di calibration shop hanya disebut sebagai Function Test bukan kalibrasi.

“DWT sudah tersertifikasi oleh Lab Kalibrasi memiliki Sertifikat Kalibrasi. Tetapi ketika digunakan ditaruh di meja yang miring, menurut anda berpengaruh apa tidak? Menurut saya iya karena weightnya tidak 100% dikonvert menjadi hydraulic pressure meskipun errornya kecil. Makanya kondisi fasilitas kalibrasi harus ada yang mengaudit dan memastikan”

Batam, May 23rd 2018

Nova Kurniawan

Jangan bilang Return, itu namanya Vent!

“Pak, itu bukan Return namanya, di mana-mana itu disebut Vent” teriak orang itu ke saya.

Saya sedang membaca P&ID Wellhead Control Panel yang mensuplay hydraulic ke Wellhead X-Mass Tree. Saya cari diagram supplynya dan diagram returnnya ke reservoir. Ketika saya melihat pompa pneumatic yang beroperasi dengan Instrument Gas saya cek keluaran gas hanya diberi simbol segitiga sehingga otomatis saya nyeletuk:

“Ini gas RETURN ke mana?”

Tiba-tiba seorang yang rupanya memperhatikan saya nyeletuk, bicara ke saya dgn tegas:

“Jangan sebut itu RETURN pak. Di mana-mana buangan gas disebut VENT. Dan simbol segitiga itu semua mengarah ke Vent Header”.

Saya bilang: “Ok. Noted”

Mungkin saya sedang keseleo lidah atau mungkin keseleo otak juga karena manusia tempatnya keseleo.

Baiklah sekedar Summary singkat biar gak sering keseleo bahwa controlled Valve dan atau actuated Valve itu menggunakan salah satu dari berikut:

Electric (Perlu power dari distribution board untuk menggerakkan)

Hydraulic (Perlu SUPPLY pressure hydraulic dari kontrol panel. Dan perlu RETURN untuk mengembalikan hydraulic fluid)

Pneumatic – Air (Perlu SUPPLY dari Instrument Air. Dan perlu EXHAUST langsung ke udara bebas)

Pneumatic – Gas (Perlu SUPPLY dari Instrument Gas. Dan perlu VENT yang disambungkan ke Vent Header yang nantinya akan dibuang ke tempat aman yang jauh)

05 May 2018

Nova Kurniawan