Disusun oleh :

Munifa PrijadiJMK USK JTBN

PRAKATA Dengan mengucap syukur alhamdullilah, akhirnya makalah yang akan digunakan untuk acuan knowledge sharing scada-tel selesai saya susun diantara kesibukan rutin pekerjaan. Bahasan ini bertujuan untuk mengenalkan scada secara umum, dan bukan sebuah bahasan tentang ilmu scada itu sendiri, bahasan scada mencakup tentang peralatan pendukung serta peralatan proses yang cakupannya cukup luas dan akan diberikan tersendiri apabila diperlukan. Sasaran dari bahasan ini adalah memberikan tambahan wawasan kepada rekan rekan supervisi tentang scada sehingga dapat lebih optimal melaksanakan tugas supervisi khususnya terhadap pekerjaan konstruksi peralatan scada dan pendukungnya. Saya memberanikan diri menerima perintah untuk menjadi pembicara dalam knowledge sharing ini berdasarkan pengalaman kerja selama ini serta beberapa training yang pernah saya peroleh, dengan segala keterbatasan saya melawan kemajuan teknologi dewasa ini. Tak lupa saya mengucapkan terima kasih kepada manajemen PLN JMK yang memberi kesempatan kepada saya untuk menyampaikan bahasan ini serta ucapan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu tersusunnya bahasan ini. Selanjutnya mohon diberikan masukan serta kritik yang membangun untuk kesempurnaan tulisan ini. Surabaya, Nopember 2010

Munifa Prijadi, BE, ST

PERKENALAN PEMBICARA

Nama Lahir Pendidikan (formal ) Pengalaman kerja

: Munifa Prijadi : Madiun, tgl. 14 April 1953 : S-1 Elektro : Th. 1972-2000 di PLN PIKITRING Jatim Bali Th. 2000-2009 di PT Pembangkitan Jawa Bali

Training / pendidikan yang terkait dengan bahasan : 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Training SCADA 20 KV di Kansai Kenshu Center di Tokyo Japan Training Radio komunikasi di JRC Osaka dan Yokohama Japan Training RTU dan Telecontrol di Maidensha Software - Numazu Japan Training Power Line Carrier Telecommunication di plat form Cogelex, Aisle Bon Perancis Seminar HP Open View di Bangkok Thailand Pengalaman kerja instalasi dan komisioning peralatan scada Pengalaman kerja di Jaringan IT Instruktur tidak tetap di Udiklat PLN Suralaya - Telekomunikasi

Tulisan ilmiah yang pernah dibuat : 1. 2. 3. 4. Dasar dasar telekomunikasi carrier Alokasi frequensi pada jaringan PLC Shoting dan Video editing Berapa lama lagi anda hidup setelah Pensiun

DAFTAR ISIDaftar isi Prakata .. .. .. i ii iii 1 4 7 14 14 14 16 17 23 23 24 24 26 27 31 32

Perkenalan penulis I. II. Apa itu SCADA Pola SCADA

III. Telekomunikasi

IV. Power Line Carrier ( PLC ) 4.1 4.2 4.3 4.4

Mengenal PLC . Cara kerja PLC . Konfigurasi peralatan PLC pada T/L .. Peralatan kopling tegangan tinggi

V. Konfigurasi penyambungan kopling 5.1 5.2 5.3 5.4 Konfigurasi phasa to ground Konfigurasi phasa to phasa Block dan by pass kopling PLC untuk komunikasi suara

VI. Perencanaan dan pemilihan frekwensi Carrier .. VII. PLC untuk Teleinformasi VIII. PLC untuk Teleproteksi ..

IX.

FIBER OPTIK 9.1 9.2 9.3 9.4 Jenis Fiber Optik Karakteristik Fiber Optik Karakteristik redaman FO . Karakteristik Dispersi di dalam FO 36 39 40 41 42 43 43 45 48 49

X

Perambatan cahaya didalam core

10.1 Konsep cahaya merambat dalam core . 10.2 Laju cahaya .. XI Sumber Cahaya ..

XII Detektor Cahaya

XII Pekerjaan pada saluran FO

IV POWER LINE CARRIER ( PLC )4.1 MENGENAL POWER LINE CARRIER Power Line Carrier atau disingkat PLC adalah salah satu media komunikasi yang digunakan oleh PLN yang dibicarakan dalam bahasan ini, untuk kebutuhan komunikasi suara, data serta keperluan teleproteksi. PLC telah digunakan untuk penunjang pengelolaan tenaga listrik sejak th. 1920, pada saat diperkenalkan hanya digunakan sebagai komunikasi voice (suara) saja. Karena sifat penyebaran gelombang dan batasan penggunaan frekwensi secara internasional mengenahi pembagian daerah kerjanya, PLC bekerja pada frekwensi 40 sampai 500 KHz. Beberapa pabrik besar telah mengembangkan sistem ini semakin meluas sehingga penggunaannya tidak saja untuk komunikasi suara tetapi untuk data dan proteksi, yang menjadi sarana operasi SCADA PLC yang ada kebanyakan menggunakan sistem Single Side Band, hanya sedikit yang menggunakan Doble Side Band untuk sistem tranmisinya, karena beberapa keuntungan yang terus dikembangkan adalah transmisi satu bidang dengan penekanan carrier atau Carrier Supressed single side band (SSB), Transmisi PLC disalurkan melalui Saluran Udara Tegangan Tinggi / Ekstra Tinggi. 4.2 CARA KERJA POWER LINE CARRIER Cara kerja PLC pada sisi transmitter-Receiver sama dengan Radio Komunikasi, kegiatan utamanya adalah proses modulasi-demodulasi dimana data atau suara diubah menjadi sinyal suara dimasukkan ke frekwensi tinggi dan dipancarkan (proses modulasi), kemudian pada penerimaan (proses De-modulasi) kita lakukan proses untuk mendapatkan data informasi tadi dengan menekan carrier pembawa, arus carrier ( I c ) dinyatakan dengan I c = A cos ( ct + ) dimana : A = Amplitudo c = Angular frekwensi = Sudut fasa

14

PLC menggunakan Amplitudo Modulasi (AM), adalah Superposisi perubahan dari arus data / suara terhadap amplitudo arus carrier, dan hasil dari proses ini dinamakan arus bermodulasi atau gelombang bermodulasi. ( I m )

Gb. 1 Arus carrier frek tinggi yang memodulir arus frek data/pembicaraan

Jika arus pembicaraan adalah I p

=

a cos ( pt + )

maka gelombang bermodulasi menjadi :

Im =

A + a Cos ( pt + )

Cos ( ct + )

Dari persamaan diatas dapat diurai menjadi :

I

m

= A cos ( ct + ) + KA cos 2 KA cos 2

(c + p)t + ( + )

+

(c - p)t + ( + )

Dimana K adalah derajat modulasi

=

a , yang harganya diantara 0 dan 1 A

Gelombang bermodulasi terdiri dari tiga komponen seperti persamaan diatas, gelombang carrier dan gelombang bidang sisi dengan angular frekwensi yang merupakan selisih dan jumlah dari angular frekwensi arus carrier dan arus data / informasi. atau pembicaraan.

15

Carrier

p Arus informasi

c-p bidang sisi bawah

c+p bidang sisi atas

Gambar 2 Lebar bidang frekwensi doble side band Dasar pengiriman seperti ditunjukkan gambar dimana arus data atau informasi p (dalam bentuk sinyal suara) memodulir arus carrier c, yang menghasilkan bidang sisi atas dan bawah c + p kemudian kedua bidang di filter dan hanya sisi atas ( c+ p ) yang dikirim. Pada sisi penerima ( c + p ) ini dimodulir dengan arus carrier lain dengan frekwensi sama yang arahnya berbeda dari frekwensi kirim. Hal mana akan menyebabkan informasi didapatkan kembali seperti pengiriman, didapat dengan proses yang disebut Demodulator p MOD c+p filter DEM 2c + p filter p

c+p

c+p

Gambar 3 : Prinsip dasar transmisi satu bidang sisi dengan penekanan cariier

4.3 KONFIGURASI PERALATAN PLC TERHADAP T/L PLC disamping sebagai peralatan komunikasi suara, juga digunakan pula untuk proteksi maupun komunikasi Data (SCADA) Gambar 4 dibawah ini adalah gambar penyambunagan PLC ke tranmisi tegangan tinggi, dengan beberapa fasilitas peralatan yang menggunakan kanal PLC ini. Sebagaimana ditunjukkan dalam konfigurasi tersebut, peralatan berpasangan antara lokasi pengambilan data besaran listrik atau status peralatan (remote station/ dengan yang terpasang di Master station ( Pengatur ).

16

Transmission LineLT LMU LF PLC PLCR ATP PAX FST RTU Analog Data - Dari CT - Dari PT Degital Data / SV - Dari Aux ry - Dari CB - Dari DS PLCR ATP PAX FST RTU CVT CVT LMU LF PLC

Ke Host Komputer SCADA

Gambar 4 Konfigurasi PLC dengan peralatan pengguna

Ditunjukkan beberapa peralatan pengguna PLC yang menjadi sarana operasi atau fasilitas SCADA. Peralatan kopling tegangan tinggi dan peralatan pengguna beserta fungsinya akan dijelaskan pada uraian dibawah ini. : 4.4 PERALATAN KOPLING TEGANGAN TINGGI Telah diuraikan didepan bahwa PLC walaupun dalam kolompok kerja arus lemah namun PLN berada dalam operasi kerja langsung berhubungan ke tegangan tinggi, inilah uniknya. Sehingga untuk keperluan tersebut diperlukan peralatan khusus dengan persyaratan khusus pula. 4.4.1 Blocking Coil atau Line Trap ( LT ) Blocking Coil atau Line trap atau disebut pula wave trap, adalah peralatan kopling yang terhubung seri dengan line transmisi tegangan tinggi, dengan komponen utama berupa kumparan, dan rangkaian penala ( Tuning ) untuk mendapatkan nilai block frekwensi yang diinginkan. Dengan terpasang seri di line transmisi BC mempunyai persyaratan utama bahwa kemampuan hantar arusnya minimal sama dengan kemampuan hantar arus pada transmisinya. Di Jawa umumnya menggunakan 400A, 1.250A,1.600A dan 2000A yang digunakan pada tegangan operasi 70 KV, 150 KV serta 500 KV.

17

Karena BC kontak langsung dengan peralatan tegangan tinggi, maka iapun harus pula tahan terhadap gangguan yang biasa terjadi pada saluran transmisi. Komponen utama pada BC utama kumparan yang berfungsi untuk mencegah frekwensi tinggi masuk ke system (trafo) disampaing merupakan kerugian besar bagi system PLC, juga dapat mengacaukan system pengukuran besaran listrik

XL

=

L

2

fL

Dari pernyataan rumus diatas, dapat di nyatakan bahwa semakin besar frekwensi carrier yang melalui transimisi semakin besar pula hambatan arus carrier yang akan melewati Blockin Coil, dengan kata lain kumparan utama BC tersebut dirasa sebagai penahan yang besar bagi sinyal PLC, yang mempunyai frekwensi tinggi.

HPF LPF

Gambar 5

Diagram Blocking coil dan bandpass filter

Komponen lain adalah kapasitor penala, peralatan ini digunakan sebagai tuning yang dihasilkan dari kombinasi R,C, dan L untuk mendapatkan lebar bidang frekwensi yang di block. Untuk mengamankan kumparan utama dari kenaikan arus dan tegangan akibat sambaran sambaran petir dipasang lighning arrester. Diagram BC dengan doble tuning diperlihatkan pada gambar 5, Blocking coil merupakan sebuah band pass Filter sebagaimana ditunjukkan, yang terdiri dari Hight pass filter dan Low pass filter dihubungkan paralel. Kurva blocknya ditunjukkan dalam gambar 6. dimana HPF menghasilkan cut-off frekwensi F1 dan LPF menghasilkan cut-off F2, dan lebar band F1-F2 inilah dareah frekwensi yang di block.

18

Z R Z Daerah blockF1 Cut-off HPF F2 Cut-off LPF

R Freq

Gambar 6

Kurva Band pass filter dari Blocking Coil

Gambar Line Trap dalam pemasangan ( buatan Nissin Electric Japan )

19

4.4.2

Kopling Capasitor atau Capasitor Voltage Transformer

Peralatan ini terpasang secara peralel pada saluran udara Tegangan Tinggi, seri dengan peralatan PLC, peralatan ini digunakan untuk menahan tegangan tinggi dari sistem, disini berlaku pula bahwa reaktansi dari kapasitor tergantung dari frekwensi, semakin rendah frekwensi yang melalui kopling maka semakin besar hambatan yang dirasakan, dengan kata kain arus listrik yang mempunyai frekwensi 50 Hz merasakan kapasitor sebagai penahan yang besar.

1 X =

1 2

C

fC

Sehingga praktis arus listrik tidak ada yang masuk ke peralatan PLC melalui kapasitor ini. Sedangakan arus carrier dari PLC yang berfrekwensi tinggi dengan mudah melalui kapasitor mengalir ke PLC. Saat ini banyak digunakan Kopling kapasitor yang sekaligus untuk pengukuran tegangan, jelasnya kapasitor direncanakan sedemikian rupa hingga sebagian untuk pengukuran sebagian lagi untuk keperluan PLC, hingga namanya disebut Capasitor Voltage Transformer ( CVT ) seperti ditunjukkan gambar 3-7. Karena CVT bertugas sebagai transformator tegangan dan kontak langsung dengan saluran transmisi tegangan tinggi, maka CVT dibuat menurut normalisasi sistem tegangan yang digunakan yaitu 70 KV, 150 KV dan 500 KV Komponen lain adalah sebuah kumparan penyalur (drain coil) yang digunakan untuk membuang muatan yang didapatkan dari induksi pada sisi tegangan rendahnya, karena sifat kapasitansi. Selain membuang muatan ke tanah juga berfungsi sebagai pengaman, jika ada kebocoran pada kapasitor tersebut, yang langsung akan terbuang ke tanah. Protektive gap digunakan untuk mengamankan apabila ada tegangan atau arus lebih akibat petir, juga sebagai pengaman kapasitor kalau bocor. Adakalanya diperlukan penggantian peralatan atau pemelihraan, agar tidak membahayakan petugas, CVT dilengkapi dengan grounding switch yang digunakan bila mau melepas sambungan ke Kopling Filter, hal ini akan membuang muatan - tegangan tembus, tegangan induksi diketanahkan langsung. Fuse atau sekering diperlukan untuk pengamanan peralatan PLC terhadap arus yang melebihi normal apapun penyebabnya.

20

Terminal tegangan tinggi

Ke CF

1. 2. 3. 4. 5. 6.

Rangkaian kapasitor Protective Gap Grounding switch Fuse Drain coil Sambungan ke Copling Filter, biasanya menjadi Satu box dengan CVT

Gambar 7 4.4.3

:

Capasitor Voltage Transformer ( CVT )

Kopling Filter atau Line Matching Unit ( LMU )

Kopling filter ini bertugas sebagai matching impadansi, sebagaimana diketahui bahwa inpedansi line transmisi antara 400 - 600 sedangkan impedansi output peralatan PLC melalui coaxial cable adalah antara 75 - 150 . Kopling filter adalah peralatan yang menyambungkan sistem tegangan rendah PLC ke sistem tegangan linggi di saluran transmisi. Gambar 5 menunjukkan skema diagram Kopling Filter yang tersambung ke peralatan PLC. Sama halnya dengan Blocking Coil, kopling Filter mempunyai daerah kerja frekwensi yang sesuai dengan daerah kerja PLC.

21

4.4.4 Line Filter Sebagaimana diperlihatkan di skema pemasangan PLC pada gambar : 3-4 carrier yang dikirim dari peralatan bukan hanya dari PLC saja tetapi juga dari Power Line Carrier for Relay terminal (PLCR) yang akan dijelaskan sendiri. PLC dan PLCR mempunyai carrier frekwensi yang berbeda, di Line filter ini frekwensi yang datang dari lawan diseleksi mana yang diteruskan ke PLC mana yang diteruskan ke PLCR. Dengan kata lain fungsi Line Filter ini sebagai pemisah atau penyeleksi frekwensi yang masuk ke peralatan, beda pemisahan atau filtering ini biasanya 10 KHz - misalnya LF dengan frekwensi. 250 - 260 KHz artinya diatas 260 KHz langsung masuk ke bagian Hight Filter, dibawah 250 KHz akan diteruskan ke saluran yang ada di Low Filter, Sehingga pemasangan PLCR atau PLC pun disesuakan dengan Filter pemisah ini. 4.4.5 Komponen utama PLC Kita masuk ke komponen utama media pengiriman ini yaitu PLC sendiri, pada dasarnya PLC sama seperti Radio komunikasi, yang membedakan hanyalah pada peralatan kopling ke line transmisi dan kalau PLC mengirimkan sinyalnya lewet saluran Transmisi kalau Radio komunikasi melalui udara. Pada Gambar 8 ditunjukkan Block diagram sederhana dari PLC, ini adalah gambaran umum PLC, Pengembangan dari berbagai keperluan dapat ditambahkan modul modul khusus untuk keperluan tersebut. Atau inovasi dari pabrikan ke teknik yang lebih tinggi bisa dikembangkan dalam peralatan dasar ini.

IF Input RFT TEI PSC Ring Teleprotection PSU AFG IFM DF GAT PA LFT

Teleinformasi channel modul RFR TIC AGC

LFR

IF Output

Gambar 9

Block diagram komponen utama PLC

22

V.

KONFIGURASI PENYAMBUNGAN KOPLING

Dalam perencanaan system PLC perlu dilakukan beberapa pertimbangan kegunaan apakah diperlukan keandalan yang tinggi atau cukup andal dengan pertimbangan tersedia back-up system. Oleh karenanya beberapa pemasangan kopling ini dapat dijadikan pencapaian tujuan yang optimal dengan peralatan yang memadai dengan kata lain diperlukan pemilihan konfigurasi pemasangan agar terjaga keandalannya. Oleh karena itu berikut ini diberikan beberapa contoh atau beberapa konfigurasi pemasangan kopling PLC yang dipakai berdasarkan pertimbangan keandalan. 5.1 Konfigurasi phase to ground

Pemasangan ini adalah konfigurasi yang paling sederhana, sehingga tingkat keandalannyapun juga paling rendah, gangguan pada peralatan kopling, kondisi line transmisi (putus misalnya) maka saluran PLC yang melewati saluran ini sudah tidak bisa difungsikan lagi.

M

Gambar 10 A Phase to Ground

Gambar 3-10 B Interphase

Konfigurasi Phase to Ground ditunjukkan seperti pada gambar 10 A dan kemudian konfigurasi ini dikembangkan menjadi Intercircuit phase to ground sebagaimana ditunjukkan gambar 10 B, hal ini untuk meningkatkan keandalan. Apabila ada gangguan kawat putus pada Line no. 1 maka arus carrier dari PLC masih bisa melewati Line No. 2. Konfigurasi yang kedua ini ada penambahan Matching tranformer yang bertugas sebagai penyesuai impedansi, dalam keadaan normal maupun apabila ada gangguan di salah satu line. Beberapa pabrikan membuat Matching tranformer ini jadi satu dengan Coupling Filternya, sehingga untuk konfigurasi Interphase, atau untuk Intercircuit merupakan CF berpasangan,

23

Gambar diagram CF berpasangan ini diperlihatkan gambar 11 A sedangkan gambar 11 B adalah rangkaian CF yang dilengkapi MT

Ke PLC

Ke CF1

Gb. 11 A 5.2

Pasangan CF

Gb. 11 B

Diagram rangkaian CF dengan MT

Konfigurasi phase to Phase

Untuk meningkatkan keandalan dari konfigurasi Phase to ground adalah konfigurasi phase to phase sebagaimana ditunjukkan gambar 12 dengan menggunakan konfigurasi ini akan tetap aman atau PLC tetap akan aktif walaupun satu kawat transmisi yang dilalui carrier putus atau dalam perbaikan dan terpaksa dua kawat transmisi di Ground, hanya disisakan satu kawat yang dilalui carrier saja. Perlu saya sampaikan PLC tetap akan bekerja dengan baik ada atau tidak ada arus tegangan tinggi di saluran transmisinya.Line 1 R S T Line 2 R S T R S T

Gambar 12 Konfigurasi Phase to Phase Interphase dan Intercircuit

M

24

Pada umumnya bila sebuah jaringan PLC telah diperlukan sedemikian rupa, misalnya untuk komunikasi suara, data dan teleproteksi, maka keandalan system menjadi hal yang tidak bisa diabaikan. Sehingga untuk konfigurasi phase to phase dengan intercircuit tidak akan hanya dengan 1 Pasang PLC namun beberapa dalam satu sambungan, atau dibuat phase to phase tiap circuit. Perencanaan berbagai konfigurasi ini disesuaikan dengan kebutuhan serta kondisi yang mungkin terjadi di saluran transmisinya. 5.3 Block dan By-pass kopling pada penambahan Gardu Induk

Pada perkembangan jaringan transmisi maupun Gardu Induk baru (yang sementara tidak membutuhkan PLC) atau dalam tahapan pembangunan, maka diperlukan blockir pada incoming tersebut (T koneksi) atau diperlukan by-pass agar saluran PLC tak terhenti pada ( phi koneksi ) perubahan atau tahapan tersebut ditunjukkan pada gambar 3.13 dan 3.14 yang akan merubah pula konfigurasi jaringan PLC. Rugi rugi yang terjadi akan lebih besar atau bertambah dengan koneksi ini, jadi perlu dilakukan re-adjustment atau pengujian kembali. A B

C

Gb. 13

Block pada koneksi T

Dengan pembangunan Gardu Induk baru ( C ) maka perlu dilakukan block agar arus sinyal carrier tidak masuk ke sistem / beban, Rugi rugi di Jaringan PLC akan bertambah dikarenakan adanya tambahan peralatan kopling serta bertambahnya saluran transmisi. Pada perkembangannya gardu tersebut menjadi koneksi (phi) namun masih belum memerlukan PLC, bila hanya di block dengan BC maka arus carrierpun tak tersambung, metode yang dipakai adalah by-pass

25

A

C

B

By-pass menggunakan coaxial cable

Gambar 14 By-pass kopling By-pass dilakukan di posisi CF dengan coaxial cable, dengan kata lain by-pass ini dilakukan pada daerah tegangan rendah, jadi andaikata saluran dari A-C pada phasa S, sedang C-B pada phase R tidak menjadi masalah karena tidak diperlukan urutan phasa. Rugi rugi pada saluran Walaupun rugi rugi dapat di prediksikan dari spek peralatan, namun untuk mencari rugi rugi sebenarnya dilakukan pengukuran, karena rugi pada sambungan dan koneksi dapat terjadi. Pengukuran ini dilakukan dimulai dari ujung coaxial cable PLC dengan di injeksi sinyal dan di ukur di ujung coaxial cable PLC lainnya diukur dengan Level meter. Hasil ini akan dipakai pedoman adjusment peralatan agar sesuai dengan standart. 5.4 PENGGUNAAN PLC UNTUK KOMUNIKASI SUARA

Pada mulanya pengunaan PLC hanya untuk komunikasi suara, dalam perundang undangan Telekomunikasi Negara hak penyelenggara jasa komunikasi adalah PT.TELKOM, tetapi PLC dikategorikan pelayanan komunikasi perusahaan, tidak diperjual belikan, dan tidak menggunakan peralatan yang dipakai juga untuk umum, oleh karena itu PLC pun monopoli PLN dan tidak dikenakan tarip biaya penyelenggaraan, jadi ini adalah salah satu keuntungan menggunakan PLC. Kerja PLC untuk pengiriman suara ( Telpon ) adalah dasar penggunaan untuk fasilitas lainnya seperti untuk teleinformasi dan teleproteksi. Sisi pengiriman Berikut ini adalah penjelasan dasar sisi pengirim atau transmiting side yang dapat dilihat pada blok diagram PLC Gambar 3-9 Sinyal suara masuk ke TEI (Telephone and Exchange Interface) dalam modul ini sinyal dibentuk dan di filter kemudian masuk ke PSC (Programmable Speech Channel) untuk di proses kecepatan pengiriman serta di modulir dengan arus carrier frekwensi tinggi.

26

Setelah menjadi arus bermodulasi masuk ke modul AFG (Audio Frekwensi Group Unit) disini akan dibentuk group untuk membuat berapa kanal (channel) gelombang yang tidak dikehendaki di tekan sehingga hanya akan keluar gelombang yang dikehendaki sesuai yang direncanakan. Gelombang ini masuk ke IFM (Intermediate Frequency Module) untuk di filter gelombang yang bermodulasi ini (RF) selanjutnya masuk ke RFT (Radio Frequency Converter Tx) disini Gelombang bermodulasi ini di filter dan di atur penguatan mula untuk kemudian diperkuat di modul PA (Power Amplifier) sebelum dipancarkan melewati coaxial cable ke CF, CVT dan ke Line, sinyal ini melewati LFT (Line Filter Tx) yang dilengkapi fuse dan arrester, menuju DF atau Directional Filter yang merupakan Hybrid untuk merubah sistem 4 kawat dari PLC (Transmitter dan Receicer) menjadi 2 kawat sisi Line, serta mengarahkan sinyal yang dikirim ke Line, dan sinyal yang datang dari Line diarahkan ke sisi penerima atau receiver. Sisi penerimaan Masih dengan blok diagram gambar 9 kita sekarang mengikuti sinyal penerimaan dari Line, menuju ke Directional Filter dari sini diarahkan ke sisi Receiver RFR (Radio Frequency Converter Rx) kemudian masuk ke unit AGC (Automatic Gain Control) atau kontrol penguatan, disini bila sinyal yang masuk terlalu lemah akan diperkuat, dan apabila sinyal yang masuk terlalu kuat akan diredam secara automatis di unit ini. Untuk proses yang sama gelombang bermodulasi ini masuk ke IFM, dan dilakukan proses Demodulasi di AFG juga (sisi Receiver) kemudian masuk ke Unit TEI telah menjadi sinyal telephone yang akan menyampaikan informasi suara. Pada sisi penerima maupun pemancar pengiriman sinyal didahului proses ringing yang memberitahu adanya panggilan telephone, tone ringing didapat dari generator RING di PAX dengan merubah sinyal pulsa (ON-OFF) dari putus kontak switch telephone menjadi frekwensi. PSU adalah modul Power Supply Unit yang memberikan catu daya ke seluruh PLC, sedangkan unit GAT adalah Generator Alarm dan Test yang menyediakan sinyal alarm serta board untuk keperluan test atau pengukuran. Ada baiknya sebelum kita membahas masalah penggunaan PLC untuk teleinformasi maupun teleproteksi kita bicarakan sedikit perihal pesawat telpon, terminal paling ujung dari sisi pengiriman dan penerimaan komunikasi suara. VI. PERENCANAAN DAN PEMILIHAN FREKWENSI CARRIER

Dari sifat gelombang serta pertimbangan peralatan kopling terhadap peralatan tenaga listrik, daerah kerja PLC adalah pada frekwensi 40 500 Khz. Karena terbatasnya daerah frekwensi tersebut, dalam pemilihan frekwensi untuk merencanakan jaringan PLC perlu dipertimbangkan hal hal sebagai berikut :

27

6.1

Membagi Daerah frekwensi Carrier

Sebaiknya kita pisahkan daerah frekwensi carrier yang akan digunakan sebagai komunikasi suara dengan teleproteksi yang menggunakan carrier tersendiri Misalnya : Untuk teleproteksi kita operasikan pada daerah 200-250 KHz sedang untuk komunikasi kita plot pada daerah operasi 40-199 KHz dan 251 500 KHz 6.2 Mengalokasikan frekwensi yang sama

Karena terbatasnya frekwensi yang ada, apabila terpaksa menggunakan frekwensi yang sama harus memenuhi persyaratan, minimal terpisah 2 sektor line seperti ditunjukkan dalam gambar 24 dimana frekwensi (X) Khz baru bisa dipakai lagi pada posisi (X) atau minimal 2 sektor line terpisah. A Gb. A (X) B C D E ( X) F

2 sektor line A Gb. B B C ( X) (X) D E F

A Gb. C

B

C ( X)

D

E

(X) F G H I

28

A Gb. D ( X)

B

C

Gb. 24 (X) F 6.3 G H

Pada daerah frekwensi yang overlapping

Pemilihan daerah frekwensi yang overlap masih dapat pula dilakukan apabila frekwensi Tx tidak sama dengan Frekwensi Rx pada peralatan PLC yang lain. Apabila demikian persyaratan penggunaan frekwensi dapat hanya 1 sektor line seperti ditunjukkan pada pada konsep dibawah ini mengacu contoh A pada gambar 24 Tx Pada Gardu A-B Pada Gardu C-DSatu sector Line

Tx

Rx

Rx

atau Tx Pada Gardu A-B Pada Gardu C-D Tx Rx Rx

Satu sector Line

29

6.4

Pemasangan 2 PLC atau lebih dalam 1 (satu) Line Transmisi

Tak jarang kita perlu memasang peralatan PLC lebih dari satu pada saluran transmisi yang sama, untuk itu perlu dipertimbangkan dan diperhatikan hal hal sbb : Setiap peralatan terminal PLC mempunyai sela frkwensi diantara lebar daerah bidang frekwensi Tx dan Rx nya dimana biasanya berkisar anrata 5 12 KHz misalnya : PLC PLC PLC PLC 2 3 2 3 kanal kanal kanal Mix kanal Mix 5 10 8 12 KHz KHz KHz KHz Lebar bidang frekwensi

sela Yang dimaksud PLC Mix adalah PLC yang mempunyai lebar bidang frekwensi antara 0.3 3.6 KHz dengan pembagian bidang frekwensi seperti sket dibawah iniUntuk pembicaraan untuk ATP RING

0.3

2.0 2.4

3.4 3.6 + 0.03

Sedangkan untuk PLC bukan type Mix lebar bidang frekwensinya lebih sempitUntuk pembicaraan RING

0.3

2.0

2.3/2.4

Dari uraian diatas, agar diperhitungkan jika akan memasang 2 PLC atau lebih pada line transmisi yang sama, pemilihan frekwensi di syaratkan harus diberi sela paling sedikit sama dengan lebar sela bidang frekwensi Tx dan Rx nya seperti dicontohkan pada gambar 25 dibawah ini, dengan memasang 2 PLC pada satu Line transmisi PLC 2 kanal dengan carrier (144-168) dan (176-200) Khz

30

BC CF

CVT

CVT CF

(144-168) (176-200)

(176-200) (144-168)

4

4

8

4

4

4

4

8

4

4

144

168

176

200

Sela 8 Khz atau lebih

Gambar 25 Contoh 2 PLC terpasang pada satu line transmisi yang sama Disamping persyaratan pemasangan dengan memperhatikan frekwensi, ada lagi yang harus diperhatikan dalam menyatukan informasi dalam satu kanal, pada umumnya informasi yang berupa : - Voice komunikasi bekerja pada daerah - Audio Tele Proteksi bekerja pada daerah - Telemetering / Data bekerja pada daerah 0.3 2.0 KHz 2.4 3.4 KHz 2.4 3.4 KHz

Sehingga dari data tersebut kita bisa menentukan pemakaian kanal yang sesuai untuk berbagai keperluan, misalnya kita bisa mencampurkan Voice (FSRT) dan Teleproteksi dalam satu kanal atau Voice (Dial Phone) dengan Data. Jadi Informasi / Data tak dapat digunakan bersama sama dengan Teleproteksi dalam satu kanal, kecuali pada telemetering yang direncanakan khusus bekerja pada bidang frekwensi 0.8 s/d 1.6 Khz. VII. PENGGUNAAN PLC UNTUK TELEINFORMASI

Proses pengiriman data atau pengiriman status supervisory sbb : Data besaran listrik MW, KV, Cos Q diambil dari Potensial Transformer (trafo tegangan) dan dari Current Transformer (trafo Arus).disebut data analog, data ini masuk ke primari converter diubah menjadi bentuk voice band siqnal setelah dalam bentuk sinyal suara diolah di RTU dan dikirim melalui PLC ke Control Center.

31

Untuk mendapatkan besaran MVAR, Load flow serta analisa sistem tenaga listrik didapatkan dari perhitungan matematik secara automatis di komputer. Data Digital yang berupa status peralatan (CB,DS) serta kondisi rele proteksi, serta alarm didapat dari kontak auxiliary reley. Data degital inipun diubah menjadi sinyal suara dan ditata dalam format paralel dengan data analog dikirim oleh RTU ke PLC seperti yang lain Dari RTU yang telah berupa setara dengan sinyal suara masuk ke PLC melalui modul TIC atau Teleinformation Channel, yang mempunyai masukan serta keluaran untuk telemetering dan telekontrol. Proses selanjutnya adalah sama seperti pengiriman sinyal suara yaitu masuk ke AFG dan seterusnya menuju ke line melalui coaxial cable. VIII. PENGGUNAAN PLC UNTUK TELEPROTEKSI

Teleproteksi yang menggunakan fasilitas PLC carrier ini ada 2 macam yaitu yang menggunakan carrier tersendiri, terlepas dari PLC serta yang ditumpangkan ke PLC sebagai informasi 8.1 Power Line Carrier for Relay ( PLCR ) Perangkat CR atau carrier Relay, berdiri sendiri dan pemancar penerimaannya tidak melalui PLC karena sistem penginderaan hanya ada atau tidak ada sinyal carrier yang dipancarkan lawan, kondisi 1 atau 0. PLCR hanya memancarkan carrier saja ke PLCR disisi lawan demikian sebaliknya, apabila ada gangguan, rele bekerja dan ini merupakan command yang memerintahkan menghentikan pengiriman carrier, PLCR lawan merasakan tidak ada lagi pancaran yang diterima akan memerintahkan kontak bekerja memberi command pada rele pengaman untuk melanjutkan action ini pada rangkaian pengaman selanjutnya. Peralatan ini dapat di set, apakah kondisi normal sinyal carrier memancar ataukah tidak (seperti normaly open atau close pada kontak) atau dapat pula diset kedua duanya (boost) dalam koordinasi yang lain. 8.2 Audio Teleproteksi ( ATP ) Untuk perangkat ini sebagaimana namanya (Audio) maka perintah dari rele yang mendeteksi adanya gangguan menginformasikan ke ATP, disini sinyal digital dari kontak rele sebagai command diubah menjadi sinyal audio atau sinyal suara dan dipancarkan melalui PLC sebagaimana proses pengiriman data atau suara. Kecepatan pengiriman dengan ATP ini lebih lambat dibanding dengan PLCR hingga PLCR disebut pula hight speed teleproteksi, karena proses yang tidak bertingkat.

32

8.3

Pengunaan pada Pengaman Transmisi

Bahasan pada sub BAB ini adalah memperjelas bahasan sebelumnya dimana PLC yang dipergunakan untuk teleproteksi, berikut ini adalah bahasan penggunaan yang sederhana dari pengaman transmisi menggunakan carrier relay. Prinsis pengamanan, bila ada gangguan di transmisi maka ada suatu rele bekerja, kontak utama rele ini akan mengerjakan aux. Rele yang mempunyai beberapa kontak, yang salah satunya menghubungkan rangkaian sinyal carrier yang segera memerintahkan memancaarkan arus carrier ke lawan di PLC Receiver untuk memberikan perintah 'blok' atau 'trip' ke peralatan rele yang berhubungan dengan peralatan pemutus beban atau CB. Dalam ilustrasi gambar 26 digambarkan transmisi dengan pengaman Directional Relay yang menggunakan Carrier.Zone-2 Zone-1 t-2

a a

t-1 F-1 F-2

b

A

B

Gambar 26 Ilustrasi Pengaman transmisi dengan Carrier transfer trip Pada Gardu Induk A terpasang Distance Relay yang melihat kearah Gardu Induk B, Demikian pula di B dipasang Distance relay yang melihat ke A, masing masing mempunyai daerah pengamanan zone 1 dan zone 2 dengan waktu kerja t-1 dan t-2 pembagian daerah pengamanan ini biasanya diambil zone-1 adalah 80% dari panjang transmisinya, sedangkan zone-2 diambil dari 80% sampai 120 % panjang transmisinya. Bila terjadi gangguan di F-1 maka rele a dan rele b sama sama merasakan gangguan ada di daerah zone-1 nya sehingga secara instant dan segera memerintahkan membuka CB di A maupun di B dengan koordinasi waktu t-1. Tetapi bila gangguan terjadi di F-2 maka distance relay b melihat itu adalah gangguan di daerah pengamanan zone-1 nya, dan segera memerintahkan untuk membuka CB di Gardu Induk B dengan koordinasi t-1. Sedangkan Distance Relay a juga melihat adanya gangguan tersebut tetapi di daerah koordinasi pengamanan zone-2 nya dan rele a pun akan memerintahkan membuka CB dengan waktu t-2, kita ketahui pula bahwa t-2 lebih besar dari t-1. Akibatnya arus gangguan (yang besar) akan mengalir ke F-2 selama selisih waktu t-2 dan t-1 hal ini sangat bahaya karena dapat merusak peralatan. Oleh karena itu dipasang teleproteksi, pada saat CB di Gardu Induk B lepas, aux rele memberikan kontak ke PLC ( CR atau ATP ) untuk mengirim sinyal ke A dan memerintahkan menjatuhkan CB di A tanpa menunggu waktu t-2. Dan kondisi ini akan menyelamatkan dari kerusakan yang lebih jauh serta tidak memperluas

33

daerah yang terganggu. Waktu pengiriman sinyal ini antara 5 - 10 m detik dengan menggunakan CR dan antara 20 - 40 m detik menggunakan ATP. Kasus diatas adalah kasus yang umum dipakai dalam operasional sitem tenaga listrik oleh PT PLN, jaringan yang sudah interkoneksi sedemikian rupa (loop) akan mendapatkan sumber daya dari dua arah. Contoh diatas dikenal dengan sebutan 'transfer trip' karena memberikan perintah (transfer) untuk membuka atau menjatuhkan secara paksa (trip) pada station lawan. Satu lagi contoh yang akan saya tuliskan yaitu 'Transfer Block scheme' yang akan memerintahkan blockir CB lawan bila memang seharusnya tidak perlu lepas. Karena tuntutan koordinasi pengamanan adakalanya penyetelan daerah kerja pengamanan zone-1 tidak 80 % tetapi 120 % artinya melewati daerah bus station lawan 1 F

IG A B

I

C

Gambar 27 Ilustrasi saluran Tunggal menjadi saluran ganda Atau dapat pula terjadi karena bergesernya jarak pengamanan rela a karena terjadinya kasus tranmisi tunggal ke transmisi ganda, Jarak indentik dengan Z dalam kasus sebagaimana diperlihatkan pada gambar 27 impedansi sebagai ukuran jarak menjadi lebih besar dari semula.

I Z AB + I1 ZBF Z = I= = Z AB Z AB + +

I I1K

Z BF Z BF

Dimaka konstanta ( K ) harganya antara 1/2 - 1 ( 1/2 < K < 1 ) dengan kata lain setting Z bergeser jika saluran ganda AB menjadi saluran tunggal, ini sangat mungkin terjadi karena sengaja misalnya pemeliharaan satu saluran, atau karena lepas karena terjadi gangguan. Dalam gambar 28 dibawah ini adalah ilustrasi bila hal tersebut diatas terjadi, koordinasi pengamanan yang disebut 'Transfer block scheme'

34

Aa

Zone-1 t-1 F-1

Bb B' cF-2

G

Gambar

28 Ilustrasi pengaman koordinasi blok scheme

CApabila gangguan pada F-1 maka CB di A dan B akan trip bersamaan, karena gangguan berada didaerah pengamanannya langsung, bila gangguan di F-2 rele a melihat gangguan di zone-1 nya, rele c melihat kebelakang juga merasakan gangguan ada di zone-1 nya, yang terjadi adalah CB A dan CB B" Trip karena sama sama merasa ada gangguan di zone-1 nya. Tetapi CB B tidak kerena tidak merasakan adanya gangguan dibelakangnya. Apabila demikian maka pasokan daya ke C akan terputus padahal saluran C sehat, hal ini tidak dikehendaki. Untuk itu dipasang PLC ( CR atau ATP ) pada saat CB B' trip kontak memerintahkan PLC mengirim sinyal ke A agar CB A di blok tidak ikut trip, walaupun a merasakan gangguan di daerah zone-1 nya. ------------------------------------

35

IX. FIBER OPTIK ( FO )Fiber Optik mulai dikenal di Indonesia secara umum th. 1991 dan penerapan di PT PLN untuk pengendalian sistem tenaga listrik (SCADA) sudah tidak bisa ditunda lagi. Mengingat kita telah memasuki era Gardu Induk berbasis komputer, PLC digital dengan peralatan proteksi berbasis microprocessor. Gambar 1 adalah bentuk Fiber Optik yang terdiri dari Inti (core) dan cladding kemudian diluarnya adalah Jacket dan material pelindung yang lain sesuai kegunaan dan konstruksinya.

Coating / Jacket Cladding Core

Gambar 1 Penampang Fiber Optik Fiber Optik adalah sebuah benda yang digunakan sebagai media propogasi dari energi elektromagnetik pada frekwensi optik. Dari sifat perambatan cahaya ada 3 jenis Fiber Optik yang umum digunakan, dengan berbagai keunggulan dan kekurangan masing masing : 9.1 Jenis Fiber Optik 1. Step Index Multimode : murah, indeks bias core konstan, ukuran core besar antara 50 m dan dilapisi cladding yang sangat tipis, penyambungan mudah, dispersi besar namun jenis ini hanya digunakan untuk jarak pendek dan transmisi data bit rate rendah

14

Output Pulse

Gambar 2

Laju cahaya dalam Step Indek Multimode

36

2. Graded Index Multimode : Core terdiri dari sejumlah lapisan gelas yang punya indeks bias berbeda, tertinggi dipusat core berangsur angsur turun sampai batas core cladding, rambatan cahaya sejajar dengan sumbu serat, Dispersi minimum, harga lebih mahal dari Step Indeks karena proses pembuatan lebih sulit.

Gambar 3

Laju cahaya dalam Graded Indek Multimode

3. Step Index Singlemode : Memiliki core yang sangat kecil diameternya dibandingkan ukuran claddingnya antara 9 m, Numerical aperture kecil hingga perlu sumber cahaya dari laser, cahaya merambat satu mode saja dan sejajar dengan sumbu core, terminasi dan penyambungan sulit, harga mahal tetapi digunakan untuk jarak jauh dan untuk transmisi data dengan bit rate tinggi.

Gambar 4

Laju cahaya dalam step indek single mode

Ditinjau dari konstruksinya dapat dibedakan menjadi 2 jenis yaitu indoor Fiber optik dan Outdoor Fiber Optik Untuk indoor kontruksi phisiknya menyerupai gambar 4-1 dimana core, kemudian cladding dilindungi oleh silicone coating dan terakhir adalah Polyvinil jacket. Indoor Fiber Optik tidak diberikan Penguat tarik ataupun pelindung metal setelah jacket oleh karenanya type indoor lebih fleksibel namun pemasangannya diperlukan pelindung ekstra atau di dalam pipa. Outdoor Fiber Optik lebih beragam jenisnya, disesuaikan dengan kondisi pemasangannya serta kebutuhan perlindungannya, umumnya sebelum lapisan luar yang terbuat dari polyethylene jacket, diberi pelindung metal.

37

FA ( Fiber Optik Armourd ) yang umumnya digunakan untuk menghubungkan dari Outdoor Fiber Optik Box yang berada di Gantry Gardu Induk ke Indoor Fiber Optik box yang ada di Ruang Peralatan. Kabel ini digelar di Cable duct atau ditanam dalam tanah dengan perlindungan pipa.Material pelindung Core FO

Polyethylene Jacket

Gb 5

Fiber Optik Armourd ( FA )

SPOF (Self Support Optical Fiber cable) kabel ini diikat dengan penegangnya untuk ditarik dan dipasang di tiang transmisi, SPOF umumnya dipasang pada tiang distribusi 20 KV atau tiang transmisi tegangan tinggi yang telah beroperasi (existing), cara pemasangan akan dijelaskan tersendiri.Penguat kabel

Penguat kabel Pembungkus penguat kabel dan pengikat Fiber Optik dalam bungkus

Fiber Optik

Pengikat

Gambar 6 : bentuk dan penampang SPOF dengan kawat penegangnya OPGW (Optical Ground Wire) kabel optik ini menyatu dengan kawat ground transmisi tegangan tinggi yang terbuat dari baja. Pemasangan OPGW dilakukan saat pekerjaan stringging (penarikan) kawat saluran tegangan tinggi, atau dengan kata lain dipasang pada transmisi baru

SPOF atau OPGW yang terpasang pada transmisi tegangan tinggi dilakukan penyambungan pada tiap jarak tertentu, biasanya sekitar 2 Km, (panjang total dalam haspel kurang lebih 2.2 Km), Sambungan Fiber Optik diletakkan dalam Jointing box dan cara penyambungannya akan diuraikan tersendiri.

38

Fiber Optik dlm pipa Al

Fiber Optik Kawat baja ground wire

Gambar 7

bentuk phisik OPGW dan penampangnya

Pada umumnya SPOF dikaitkan / dipasang dibawah cross arm (Travers) ke 2, demikian pula FO Jointing Box diletakkan dalam tower dibawah cross arm ke 2 untuk memudahkan saat penyambungan, testing maupun pemeliharaan bila ada gangguan. Penarikan SPOF memerlukan perlakuan khusus, ada batasan kecepatan tarik, dan sudut patah yang diperbolehkan. Sedangakan untuk penarikan OPGW tidak terlalu memerlukan peralatan kerja khusus karena dapat diperlakukan seperti penarikan / stringging Ground wire. Gambar 8 adalah ilustrasi penarikan SPOF pada tower saluran tegangan tinggi, SPOF dipasang ditengah tower dibawah cross arm yang paling bawah penarikan menggunakan tali non metal dan diberi beban penyeimbang agar tidak terpuntir.

Gambar 8 Ilustrasi penarikan SPOF di tower transmisi tegangan tinggi 9.2 Karakteristik Fiber Optik

Karakteristik Fiber Optik adalah sesuatu yang harus diketahui dan diperhatikan dalam perencanaan suatu jaringan, redaman, bandwidth, dispersi, pembiasan, jarak yang bisa ditempuh dan lain lain. Diatas telah ditulis mengenahi 3 jenis Fiber Optik atas dasar rambatan sinarnya, perbandingan diantaranya adalah :

39

Tabel perbandingan No 1 2 3 Jenis Fiber Optik Step-Index Multimedia Gradded Index Step-Indek Single mode21

Core ( m ) 50-400 30-75 3 - 10

Cladding ( m ) 125-500 100-250 50 - 125

Redaman ( dB/Km ) < 50 < 10 < 3 ( 850 ) < 1 ( 1500 )

Bandwidth (Mhz-Km) < 25 < 200 < 2000

9.3 Karakteristik redaman Fiber Optik Redaman serat optik adalah suatu ukuran yang menunjukkan seberapa jauh sinyal optik dapat ditransmisikan melalui fiber Optik, beberapa faktor penyebab redaman fiber optik : Absorpsi Absorpsi terjadi ketika cahaya yang merambat diserap material optik itu sendiri, secara umum disebabkan oleh kemampuan penyerapan bahan gelas itu sendiri dan ketidak murnian gelas. Penghamburan Rayleigh Redaman ini disebabkan oleh variasi mikroskopik dalam indeks bias, optik.redaman ini tak dapat dihindari, besar kecil redaman ini tergantung juga bagaimana material ini di produksi di pabriknya. Penghamburan karena ketidakseragaman struktural Ini terjadi karena adanya kekasaran di dalam optik (walaupun sangat kecil ) antara core dan cladding hal ini menyebabkan cahaya yang diterima dihamburkan yang mengakibatkan naiknya redaman Redaman karena bengkokan Karena adanya bengkokan perambatan cahaya yang mempunyai sudut refleksi melebihi sudut kritis akan diradiasikan dari fiber optik pada titik bengkokan. Harga redaman bengkokan sangat tergantung pada panjang gelombang operasi, makin panjang akan lebih mudah diradiasikan dari fiber optik.

40

Microbending Redaman microbending terjadi ketika sumbu serat optik mengalami pembengkokan secara acak kedalam lengkungan kecil akibat tekanan terhadap fiber optik.

Splicing Ketidak sesuaian sudut, perbedaan diameter core, perbedaan bentuk permukaan pada titik penyambungan menyebabkan lossis atau redaman juga.

9.4 Karakteristik Dispersi didalam Fiber Optik Dispersi adalah suatu fenomena dimana suatu pulsa cahaya yang datang akan mengalami pelebaran selama perambatannya di dalam fiber optik, dispersi merupakan faktor penting yang membatasi bandwidth transmisi pada sistem komunikasi fiber optik. Dispersi Modal ( dalam Fiber Optik Multimode ) Meskipun cahaya memancarkan suatu cahaya gelombang tunggal, pulsa akan merambat dengan beberapa mode dengan lintasan yang berbeda dalam fiber optik multimode, dispersi modal disebabkan oleh perbedaan diantara lintasan propagasi akibat banyaknya mode propagasi tersebut Dispersi Material Indek bias bahan gelas berubah sesuai dengan panjang gelombang yang melewatinya, kecepatan rambatnya juga berbeda sesuai panjang gelombang operasi, perbedaan kecepatan rambat tersebut akan menyebabkan bentuk pulsa cahaya output menjadi melebar. Dispersi Struktural Bila perbedaan indek bias antara core dan cladding kecil, sinyal cahaya yang merambat akan bocor kedalam cladding, kebocoran akan meningkat dengan semakin besar panjang gelombang, yang menjadikan kecepatan perambatan rata ratanya makin rendah

41

Dalam gambar 9 ditunjukkan karakteristik redaman dan dispersi material terhadap panjang gelombang.

22

Gambar 9

Karakteristik redaman dan dispersi material

X.

PERAMBATAN CAHAYA DIDALAM CORE

Cahaya merambat lurus dalam media yang mempunyai indeks bias homogen. Tetapi akan dibiaskan atau dipantulkan pada permukaan yang mempunyai indeks bias berbeda disamping itu cahaya dengan indeks bias n akan mempunyai kecepatan 1/n kali kecepatan cahaya yang merambat di udara. Perambatan linier, cahaya akan memilih jalur perambatan yang membutuhkan waktu rambat paling pendek diantara dua titik Pembiasan / refraksi bila cahaya merambat dari suatu media yang punya indeks bias n1 ke suatu media lain dengan indek bias n2 , maka akan dibentuk sudut datang I dan sudut bias t atau n 1 sin I = n 2 sin t apabila sudut datang I lebih besar dari suatu sudut tertentu, maka tidak ada lagi cahaya yang dibiaskan, atau disebut sudut kritis c

42

10.1 Konsep cahaya merambat dalam core Fiber optik terdiri dari core yang mempunyai indek bias besar, dan cladding yang mempunyai indek bias kecil , perbedaan tersebut mengakibatkan cahaya dipantulkan pada saat menabrak permukaan batas antara core dan cladding.

Gambar 10

Konsep cahaya merambat dalam fiber optik

10.2

Laju cahaya

Agar supaya cahaya yang keluar dari suatu sumber optik dapat masuk kedalam core fiber optik, cahaya tersebut harus difocuskan melalui suatu lensa dan sudut datang sinar harus terjaga tetap di dalam sudut kritis bila tidak maka cahaya tak akan dapat merambat di dalam core.

max

Cladding

Core Sumber Cahaya Coupling lensa Fiber Optik

Gambar 11 Sinar datang

43

Apabila cahaya hanya memiliki sifat partikel, maka setiap cahaya yang mempunyai sudut refleksi lebih kecil dari sudut penerimaan cahaya maksimum max dapat merambat dalam core fiber optik tanpa persoalan. Namun kenyataannya selain sifat partikel cahaya mempunyai gelombang elektromagnetik kemungkinan medan elektrik radialnya tidak terdistribusi dengan sempurna dalam core, sebagian keluar ke cladding, kebocoran ini berarti turunnya daya optik yang akan diredam pula pada setiap titik refleksi yang terjadi dipermukaan batas, akibatnya cahaya tidak dapat merambat dalam core fiber optik. Pernyataan diatas adalah sebagian dari kemungkinan yang lain, namun intinya apabila cahaya tidak memenuhi persyaratan sudut refleksi tertentu maka cahaya tersebut tidak dapat merambat di dalam suatu core fiber optik dengan jalur propagasinya sendiri.

Gambar 12 A Mode propagasi

c

Sudut kritis

Gambar 12 B Cahaya merambat melalui permukaan batas core dan cladding Dari gambar diatas apabila sudut lebih kecil dari sudut kritis c , cahaya tidak akan dapat lagi merambat di dalam core fiber optik. Hal hal semacam inilah yang perlu menjadi pertimbangan dalam perencanaan, dalam tulisan ini tidak mengupas terlalu dalam masalah propagasi cahaya di fiber optik, hanya pengenalan sifat dan karakteristiknya, konstruksi serta instalasinya secara umum, untuk lebih mudahnya memahami bahasan selanjutnya yang merupakan tinjauan utama

44

XI. SUMBER CAHAYA Ada dua macam sumber cahaya yang umum digunakan, yaitu menggunakan Light Emitting Diode ( LED ) dan menggunakan Injection Laser Diode ( ILD ) kedua bahan tersebut dimodulasi secara langsung dengan mengubah ubah arus inputnya. Dalam proses pengiriman sinyal ( transmit ) ini adalah mengubah sinyal input elektrik menjadi sinyal optik sebelum ditransmisikan kedalam kabel serat optik. Sumber cahaya menggunakan Light Emitting Diode LED yang digunakan untuk sumber cahaya ini sama dengan untuk berbagai aplikasi yang lain, hanya untuk sumber cahaya ini bekerja pada daerah panjang gelombang infra merah atau ( 800-1300 nm ) untuk aplikasi lain ( 600-800 nm ). LED umumnya digunakan untuk komunikasi jarak pendek dengan kecepatan bit rendah kurang dari 100 Mb/s seperti untuk LAN dan Link data komputer. Seperti ditunjukkan gambar 13 A karakteristik radiasi LED mempunyai daerah permukaan aktif yang besar dan beam yang lebar, sehingga lebih cocok untuk fiber optik multimedia, memancar dengan spectrum panjang gelombang yang cukup lebar.

Gambar 13 A radiasi LED

Gambar 13 B radiasi ILD

LED umumnya memancarkan cahaya dalam pola pancaran 120 - 180 daya output LED pada umumnya hanya berkisar antara 0.01 0.1 mW yang terkopel dalam core multimode yang berdiameter 50 m. Pada LED hubungan antara input dan output cahaya hampir linier

Sumber cahaya menggunakan Injection Laser Diode ILD ( Injection Lazer Dioda ) yang digunakan untuk sumber cahaya ini sama dengan yang digunakan untuk CD Player, kecuali spektrum emisinya lebih sempit dan bekerja pada gelombang infra merah. Berbeda dengan LED umumnya ILD digunakan untuk komunikasi jarak jauh dan kecepatan bit tinggi (lebih besar dari 1 Gbit/s). Seperti ditunjukkan pada gambar 13B permukaan aktif kecil dan sudut

45

beam yang sempit, cocok untuk dipakai singlemode. Kecepatan yang tinggi, spektrum emisinya yang sempit sangat ideal untuk memenuhi kebutuhan bandwidth lebar pada sistem komunikasi fiber optik jarak jauh (lebih 60 Km tanpa repeater) dengan menggunakan singlemode, ILD memancarkan cahaya dalam pola pancaran 10 - 35 Daya output ILD umumnya berkisar antara 0.5 - 5 mW yang terkopel kedalam core Fiber optik multimode yang berdiameter 50 m, dan 0.25 - 1mW pada singlemode. Harga lebih mahal dari LED karena lebih sulit membuatnya dan dalam pemakaiannya memerlukan pendingin thermoelectric atau kontrol bias dengan menggunakan feedback optik. Input arus dan output cahaya pada arus rendah sama dengan LED sampai mencapai suatu titik ambang tertentu, setelah itu daya output optik akan naik dengan cepat dan hampir linier dengan bertambahnya arus, pada ILD perlu ditambahkan tegangan pre-bias untuk menjaga agar diode laser bekerja pada daerah linier

Daya Optik Output

ILD10 mW

LED

1 mW Arus Kemudi Arus Ambang Arus Bias

Gambar 14

Hubungan Input arus dan Output cahaya

Pada awal perkembangannya, LED dan ILD ditransmisikan pada panjang gelomnag antara 815 nm - 910 nm, sejalan dengan perkembangan teknologi fiber optik yang mampu mencapai redaman 0.3 - 1 dB/Km pada panjang gelombang yang lebih panjang, maka dikembangkan perangkat transmitter optik yang bekerja pada gelombangantara 1300 nm - 1550 nm. Pada akhirnya pemilihan suatu aplikasi sistem bergantung pada beberapa hal diantaranya biaya, level daya optik, kecepatan modulasi, panjang gelombang operasi, sensitifitas temperatur, efisiensi kopling dan jarak tempuh.

46

Tabel

:

Perbandingan karakteristik sumber optik LED Non Koheren 0.7 - 1.0 20 - 60 0.01 - 10 10 - 150 10.000 tinggi tinggi tidak Short link < 10 Km Laser semikonduktor Koheren 0.8 - 1.2 1.5 - 3.0 0.0001 - 0.001 200 - 1000 100.000 sedang sedang ya Medium link 10 < L < 80 Km Laser NonSemikonduktor Koheren 1.0 - 1.55 < 0.5 0.1 - 1.0 500 - 2000 10.000 Rendah Rendah Ya Long link 80 < L < 200 Km

Karakteristik Tipe Cahaya Panjang gel. (nm) Lebar spektrum Beamwidth (mm) Bandwidth (MHz) Umur (jam) Linieritas Distorsi Kesesuaian untuk singlemode Penggunaan

Dalam Gambar 15 ditunjukkan hubungan antara jarak dan frekwensi, sebagai tambahan penjelasan sebelumnya

( MHz ) 600 500 400 300 200 100 0 10 20 30 40 50 60 70 ( Km )840 nM LED 840 nM 1.3 M Laser 1.3 M LED 1.3 M Laser Single Mode Fiber

Gambar 15

Hubungan antara jarak operasi dan frekwensi sinyal

47

XII. DETEKTOR OPTIK Detektor optik atau receiver bertugas mengubah sinyal input optik menjadi sinyal elektrik, berbalikan dengan transmitter optik yang mengubah input elektrik menjadi sinyal optik. Komponen utamanya adalah Photodetector yang merubah sinyal cahaya menjadi sinyal elektrik melalui efek photoelectric. Detektor optik harus mempunyai sensitifitas tinggi, bandwidth yang mencukupi dan respon yang cepat untuk mengakomodasi laju informasi, tidak terpengaruh perubahan suhu serta mempunyai noise rendah. Ada dua photodetector yang umum digunakan, yaitu : 12.1 PIN / FET Photo Dioda

Didalam PIN diode serat optik ditempatkan sedemikian rupa sehingga cahaya akan jatuh pada suatu lapisan intrinsic dari material semikonduktor yang terletak diantara lapisan material tipe p dan tipe n. Diode yang dibentuk lapisan lapisan ini dibias mundur dan jumlah arus yang mengalir melalui junction tersebut ditentukan oleh intensitas cahaya (jumlah photon) yang masuk kedalam lapisan intrinsic. Variasi arus yang mengalir melalui diode PIN sebagai hasil variasi intensitas sinyal optik diterima sangat kecil sehingga memerlukan penguatan.Cahaya datang Antireflection coating N+ P+ I N+ N I P+ N Metalization

Gb. 16 A PIN Photo Diode 12.2

Gb. 16 B Avalanche Photo Diode

APD atau Avalanche Photo Dioda

Avalanche Photo Diode mempunyai konstruksi seperti ditunjukkan gb. 4-14 B mirip dengan PIN dan beroperasi dengan cara yang sama pula, hanya saja APD tidak memerlukan penguat efek medan dalam modul penerima. Pada APD mempunyai internal gain yang lebih sensitif diperoleh melalui penggunaan tegangan bias mundur yang tinggi. Hal ini menghasilkan suatu medan listrik yang tinggi di dalam lapisan intrinsik dioda. Pada saat suatu elektron dilepas karena adanya suatu photon yang masuk ke lapisan intrinsik, medan listrik akan menyebabkan elektron tersebut bergerak sepanjang lapisan pada kecepatan yang tinggi dan bertubrukan dengan molekul molekul lain sehingga melepaskan lebih banyak elektron elektron yang selanjutnya akan bergerak sepanjang lapisan dengan kecepatan tinggi, proses ini dinamakan avalanche breakdown.

48

XIII. 13.1

PEKERJAAN PADA SALURAN FIBER OPTIK Pekerjaan penyambungan

Dalam pekerjaan pemasangan diperlukan penyambungan Fiber Optik. Penyambungan dapat langsung atau melalui connector, tergantung kebutuhan. Mengacu pada pembatasan masalah yang akan ditulis disini adalah Fiber Optik yang biasa digunakan di peralatan control di PLN yaitu Step-Index Singlemode yang dapat menghantar sinar cukup jauh. Seperti diuraikan terdahulu panjang Fiber Optik dalam haspel kurang lebih 2.2 Km, sehingga dalam pemasangan pada transmisi yang berjarak sampai ratusan Km diperlukan penyambungan, dan pada umumnya penyambungan Fiber Optik dengan cara system busur ( Arc ) fusion splicing. Penyambungan ini cukup sulit sebagaimana ditulis terdahulu, menggunakan mesin khusus dan tugas operator lebih banyak melayani mesin. Sebelum dilakukan penarikan kabel Fiber Optik terlebih dulu dilakukan pemeriksaan dalam haspel untuk meyakinkan bahwa Fiber Optik dalam keadaan baik dan tidak terputus, pemeriksaan ini disebut Damage check.Ujung FO / putus FO dalam haspel FO Network Analizer atau OTDR Loss dB

Konektor Panjang FO terukur Baik / tidak putus Jarak Km

Gambar 17 Damage check Fiber Optik

Persiapan

Fiber cable dikupas dari pelindung luar sampai ke coating (Jacket) yang umumnya dari bahan plastik, apakah itu OPGW atau SPOF dengan hati hati. Kemudian jacket dikupas dengan peralatan khusus ( Jacket remover ). Jacket selalu dalam ukuran yang standart sehingga peralatan khusus yang dimaksud telah dipersiapkan khusus untuk mengupas jacket sampai claddingnya.

49

Kemudian dipersiapkan pula pelindung sambungan FO atau slave yang berupa kawat baja yang di cetak dalam pipa plastik (polyethylene). Dimasukkan ke cladding sebelum penyambungan

Penyambungan

Setelah jacket terkupas maka dilakukan pembersihan cladding sampai benar benar bersih dengan kain kasa serta aceton kemudian Fiber Optik dipotong sesuai ukuran. Pemotongan harus tepat dan lurus karena bila tidak mesin akan menolak atau akan mendapatkan redaman yang tinggi dari hasil penyambungan. Yang dilakukan kemudian menyiapkan Fiber Optik yang telah bersih dan terpotong pada tumpuan di mesin penyambung untuk pelaksanaan proses penyambungan secara automatis di mesin. Ilustrasi dibawah ini adalah penyambungan singlemode fiber optik menggunakan splicing machine FSM-10 buatan Furukawa, sekaligus pengujiannya

Gambar

18

Ilustrasi penyambungan Fiber Optik

Gambar 19

Tahapan penyambungan FO

50

Proses pada mesin adalah : Initial setting. Disini mesin akan mengatur jarak Fiber optik memerriksa potongan dan permukaan dari berbagai sisi. Preheating, mesin membersihkan permukaan fiber, pemeriksaan diameter dan pemanasan Fusing atau penyambungan Finish atau proses penyambungan selesai, disini akan muncul prakiraan loss dalam layar monetor yang distandartkan dibawah 0.03 dB untuk singlemode.

Setelah selesai penyambungan dengan estimasi loss terpenuhi, proses selanjutnya adalah memasang pelindung baja pada sambungan yang telah disiapkan tadi, digeser kebagian Fiber yang telah tersambung, dan kemudian dipanasi dengan pemanas khusus hingga plastik bagian luar meleleh dan menyatu dengan fiber. Pada proses pemanasan ini mesin melakukan pula uji mekanik dengan menarik kedua sisi Fiber optik pada kekuatan tertentu (+ 200 gr) untuk memastikan secara mekanik sambungan cukup kuat. Pada pemasangan OPGW atau SPOF penyambungan ini dilakukan di lapangan di tower transmisi, setelah semua memenuhi persyaratan Optik ditata didalam outdoor jointing box dan diset di tower. Setelah Fiber tersambung seluruhnya proses berikutnya adalah pengukuran redaman total, dari ujung ke ujung sehingga diketahui redaman total akibat penyambungan.

Gambar

20

Ilustrasi pengukuran redaman total

Pemeriksaan ini menggunakan Fiber Analizer atau OTDR akan menampilkan kurva, dimana selain mendapatkan nilai redaman total juga dapat dilihat letak sambungan serta redaman pada tiap sambungan optik.

51

Pengujian terakhir adalah pengokuran sebenarnya dengan mengirim sinyal cahaya dengan Light source diujung dan mengukur diujung satunya dengan power meter Pemeriksaan ini sangat penting karena akan dijadikan referensi perhitungan selanjutnya, bila menggunakan frekwensi 1.3 m diperkirakan 0.4 0.6 dB per Km dengan kondisi sambungan yang baik. Kepekaan penerimaan di Terminal Fiber Optik (FOT) maksimum adalah - 47 dB, apabila masih terlalu besar akan diberikan attenuator atau peredam sebelum masuk ke FOT. Pada halaman berikut ini diberikan table redaman / Km dapat digunakan sebagai acuan, namun redaman yang riil adalah dari hasil pengukuran. Tabel : Redaman / km Fiber Optik

Pemasangan Fiber Optik singlemode jarak terjauh yang masih cukup bagus lebih kurang 60 Km, sehingga apabila jarak tempuh cukup jauh maka perlu memasang re-generation station atau umumnya disebut repeater, sinyal cahaya diperkuat lagi

REP

FOT

FOT

+ 60 Km

+ 60 Km

Gambar

21

Tiap jarak + 60 Km harus dipasang repeater

52

sehingga dapat dicapai harga sesuai kepekaan penerimaan fiber optik terminal Namun sebaiknya repeater dibuat kurang dari tersebut karena rugi rugi masih akan dikurangi lagi dengan rugi rugi pada konektor.

13.2

Penguatan Optik

Penguat ini bekerja berdasarkan penguatan cahaya yang dilakukan oleh material yang disebut erbium. Prinsip kerjanya adalah sinyal dari sumber yng sudah lemah (sampai ke lokasi repeater) di input kan bersama dengan sinyal yang di keluarkan (pumping) oleh laser dioda pump ke WDM, setelah itu output dari WDM dihubungkan ke Erbium-doped fiber. Di dalam material ini, sinyal input yang lemah ( ) akan dikuatkan dengan proses emisi dan obsorbsi secara kimiawi oleh erbium, ilustrasinya dapat dilihat pada gambar 22 A dan gambar 22 B, setelah melewati erbium sinyal di filter dan disalurkan ke fiber optik kembali. Dari beberapa percobaan yang dilakukan hasil terbaik adalah pada gelombang sinyal sumber () 1.550 m, dan panjang gelombang sinyal pompa (pump signal) = 1.430 m. Karena keunikan menggunakan penguat ini dan kelebihan yang dimiliki maka sangat ideal untuk digunakan untuk komunikasi jarak jauh Sistem ini sangat baik dioperasikan pada panjang gelombang 1.550 m, karena disini fiber optik mempunyai kerugian minimum, penguatan sangat tinggi > 35 dB, output power yang sangat tinggi P > 100 m W insertion-loss dan back reflection rendah, penguatan output saturasi tinggi > 15 dB. Digunakan sebagai repeater untuk jarak yang cukup jauh.

Isolator Optik Laser Pump Coupler Erbium-Dopped Fiber Filter Optik

Gambar 22 A Penguatan sinyal optik

53

Power

Pump

Sinyal yang lemah diperkuat

Gambar 22 B Ilustrasi penguatan sinyal

Isolator berfungsi untuk menghindari refleksi ke belakang, sedangkan optik filter berfungsi untuk melewatkan sinyal yang berasal dari input saja, bukan yang berasal dari pump LD 5.3 Konektor

Konektor optik digunakan apabila dua buah ujung optik atau sebuah optik dengan sumber optik ataupun detector akan disambungkan dan akan dilepas lagi berulang ulang, apakah untuk pemeliharaan, test atau keperluan lain maka disambungkan lah ia dengan konektor optik. Penyambungan dengan konektor biasanya pada peralatan terminal, optik patch panel atau fiber coupler. Setiap konektor menimbulkan lossis, konektor mempunyai bermacam macam bentuk dan jenisnya disesuaikan dengan keperluannya SMA Connector

Jenis ini banyak digunakan untuk system fiber optik Multimode, Insertion loss untuk fiber multimode 62.5 125 m adalah 0.7 dB + 0.15 dB Biconic Connector

Banyak digunakan untuk singlemode maupun multimode, tersedia untuk fiber dengan diameter outer 125,140 250 dan 400 m, Insertion loss untuk singlemode dan multimode 0.6 dB

54

ST Connector

Banyak digunakan untuk singlemode maupun multimode, didisain untuk pushpull, Insertion loss untuk singlemode dan multimode 0.2 dB FC Connector

Banyak digunakan untuk singlemode maupun multimode, didisain untuk pushpull tapi tanpa putaran, Insertion loss untuk singlemode dan multimode 0.15 dB dan masih banyak lagi.

Attenuator Attenuator atau redaman diperlukan untuk meredam daya optik yang dilewatkan kepadanya, dikarenakan sinyal keluaran (output) masih belum sesuai dengan rate masukan (input) terminal, attenuator ada yang variable tetapi kebanyakan fixed

55