## STUDI KARAKTERISASI PEMBUATAN OPTICAL PHASA CONDUCTOR PADA KONDISI IKLIM TROPIS INDONESIA

## Samsudi Raharjo 1

## Abstrak
Sejalan  perkembangan  akan urgent  demands (tuntutan  mendesak)  kebutuhan tenaga  listrik  dan  informasi  komunikasi  khususnya  jaringan  internet  data, sekarang dikembangkan konduktor terintergritas yang dinamakan OPPC ( optical phasa  conductor ).  Penelitia.ini  sebagai  dasar  pembuatan  kabel  OPPC  yang digunakan  untuk  penghantar  listrik  tegangan  ekstra  tinggi  dan  jaringan  internet data  sekaligus  dengan  performa  handal  dan  tahan  lama.  Tujuan  penelitian  studi karakteristik  dan  mekanik  dari  masing-masing  material  pembentuk  konduktor OPPC.  Kegiatan  percobaan  dari  variasi  material  Aluminium  dan  kabel  optik desain konduktor OPPC dengan menganalisa kekuatan mekanik dan karakteristik. Metodologi  penelitian  menganalisa  karakteristik  dan  sifat  mekanik  dari  material Aluminium  dan  serat    optik  sebagai  variabel  bebas,  sedangkan  untuk  pengujian terdiri  dari  komposisi  kimia,  strukturmikro,  kekerasan,  tarik  dan  puntir berpengaruh terhadap pengaruh daya hantar kabel, kekuatan menahan beban dan pengaruh  interfensi  pada  peningkatan ampacity pada  kabel.  Hasil  pengujian material kabel OPPC untuk material Aluminium memiliki komposisi kimia 98.99 % wt, ini termasuk jenis Aluminium murni yang ditunjang pengujian metalurgrafi untuk  strukturmikro  hampir  semuanya  unsur  Al  sedangkan  kekerasannya  18 BHN.  Kekuatan  tarik  22  kg/mm 2 dan  kawat  optik  4,5  kg/mm 2 .  Dari  hasil  uji puntir material Al sebesar 18,8 kg/mm 2 pada kawat serat  optik 3,8 kg/mm2, dan tidak  terjadi  induksi  tegangan  listrik  pada  kabel  optic,  sehingga  interferensi bersifat membangun terjadi penjumlahan superposisi dua gelombang.
Kata Kunci: Tegangan Tinggi, Kawat Baja, Aluminium, Optik, Konduktor.

## PENDAHULAN
Kebutuhan  masyarakat  akan  listrik  tidak  sebanding  dengan  pelayanan  yang diberikan  pemerintah,  khususnya  masyarakat  didaerah  marginal.  Untuk  mengatasi  hal tersebut, pemerintah menargetkan electrical capacity secara nasional 57 ribu Megawatt pada tahun 2016 dengan menunjuk PT Perusahaan Listrik Negara ( Tempo , 2009).
Tercapainya  target  lisrtik  nasional  tidak lepas dari  pendistribuan jaringan  distribusi Jawa-Bali sepanjang 27.779 km ( Koran Jakarta, 2009 ). Ini menunjang tuntutan kebutuhan mendesak  akan  tenaga  listrik,  disamping  itu  kebutuhan  komunikasi  khususnya  jaringan internet  data  semakin  pesat  maka  sekarang  dikembangkan  konduktor  yang  terintergritas
1 Dosen Fakultas Teknik, Jurusan Teknik Mesin - Universitas Muhammadiyah Semarang
disebut  dengan  kabel  OPPC  ( optikal  phasa  conductor )  digunakan  untuk  transmisi  tenaga listrik dan kabel data komunikasi.
Konduktor  OPPC  dipasang  pada  transmisi  saluran  udara  dituntut  mempunyai  sifat mampu  menghantarkan  listrik  dan  performa  kerja  yang  baik  terhadap  kekuatan  mekanis maupun  elektris.  Kriteria  unjuk  kerja  mekanis  penghantar  adalah  harus  tahan  terhadap perubahan  temperatur  akibat  arus  yang  dilewatkan,  tahan  terhadap  segala  gaya  tekanan maupun tarikan dari hujan dan angin.
Mengetahui karakteristik mekanik dan elektrik dari masing-masing kabel, baik kabel listrik  PLN  maupun  kabel  optik  Telkom  yang  dipakai  di  Indonesia.  Ini  dipengaruhi  iklim, topografi  wilayah  terhadap  kinerja  dan  tidak  kalah  pentingnya  pembebanan  arus  saluran terhadap  unjuk  kerja  mekanis  konduktor  OPPC  yang  meliputi  tegangan  tarik  konduktor, andongan,  tegangan  puntir  dan  panjang  pemuluran  konduktor.  Diharapkan  data  pengujian mekanik  dan  karakterisasi  yang  diperoleh  menjadi  input  dalam  perencanaan  dan pembangunan  struktur  konstruksi  saluran  transmisi  udara  yang  sesuai  dengan  sifat  kabel OPPC. Pada penelitian ini, mempelajari karakteristik dan sifat-sifat mekanik masing-masing material  untuk  mendapatkan  material  konduktor  OPPC  yang  optimal  dan  performa  yang tinggi.
Kawat aluminum yang dipakai pada penelitian ini menggunakan AAC 50/3 yaitu luas penampang maksimal 50 mm 2 yang masing-masing kawat berdiameter 3 mm sedangkan serat optik  menggunakan  serat  mode  tunggal  jenis  ITU-T  G.652  dengan  pelindung  luar  kabel terbuat  dari  karet  yang  berfungsi  melindungi  fiber  optik  dari  induksi  magnetik  maupun gangguan  luar  lainnya.  Untuk  pembungkus  kabel  optik  dan  penguat  kabel  OPPC menggunakan  galvanized  steel  ST6C  berbentuk  pejal  dan  berlubang  dengan  diameter  2.75 mm.
Tahapan  pengujian  yang  pertama  yaitu  pengujian  komposisi  kimia  dan  metalorgrafi untuk  mengetahui  karakterisasi  material  pada  kawat  Aluminium  dan  pipa  baja  sedangkan pada kabel optik tidak lakukan karena sudah diketahui komposisi kimia yaitu SiO 2 . Pengujian kedua  yaitu  pengujian  kekerasan,  tarik  dan  puntir  dilakukan  pada  semua  material  untuk mengetahui sifat mekanik material dengan tahapan pengujian ditunjukan pada Gambar 1.
Gambar
Kabel  OPPC  dalam  penelitian  termasuk  jenis  komposit  dengan  susunan  material ditunjukan  pada Gambar  2 ,  dim terpusat  ( central  tube )  pada  pipa  baja  tahan  karat  yang  posisinya  di  inti  ( kawat Aluminium dipermukaan penghantar OPPC.

## Gambar

## METODOLOGI PENELITIAN
Penelitian ini adalah studi karakteristik dan sifat mekanik material konduktor OPPC untuk mendapatkan sifat material yang optimal dan performa yang tinggi untuk diaplikasi pada iklim tropis Indonesia. Penelitian ini akan
Mikroskop
Vickershardness

## TRAKSI Vol. 13 No. 2 Desember 2013
Gambar 1. Tahapan Pengujian Material
Kabel  OPPC  dalam  penelitian  termasuk  jenis  komposit  dengan  susunan  material
,  dimana  terdapat  dua  susunan  pembentukanya  yaitu  fiber  optik )  pada  pipa  baja  tahan  karat  yang  posisinya  di  inti  ( core dipermukaan penghantar OPPC.
Gambar 2. Susunan Kabel OPPC
enelitian ini adalah studi karakteristik dan sifat mekanik material konduktor OPPC untuk mendapatkan sifat material yang optimal dan performa yang tinggi untuk diaplikasi pada iklim tropis Indonesia. Penelitian ini akan menganalisa karakteristik dan sif
Kawat aluminium Serat optik Spektrometer UTM Pipa baja
30
Kabel  OPPC  dalam  penelitian  termasuk  jenis  komposit  dengan  susunan  material ana  terdapat  dua  susunan  pembentukanya  yaitu  fiber  optik
core )  sedangkan
enelitian ini adalah studi karakteristik dan sifat mekanik material konduktor OPPC untuk mendapatkan sifat material yang optimal dan performa yang tinggi untuk diaplikasikan
menganalisa karakteristik dan sifat mekanik
Spektrometer
dari material Aluminium dan serat  optik sebagai variabel bebas, sedangkan untuk pengujian terdiri dari komposisi kimia, strukturmikro, kekerasan, kekuatan tarik dan puntir berpengaruh terhadap pengaruh daya hantar kabel, kekuatan menahan beban dan pengaruh interfensi pada peningkatan ampacity pada kabel.

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Komposisi kimia
Hasil  pengujian  komposisi  kimia  kawat  Aluminium  untuk  kabel  OPPC  didominasi oleh  unsur  Al  sebesar  99,10  wt  %,  unsur  Fe  0,31  wt  %,  dan  unsur  Si  0,33  wt  %  yang ditunjukan pada Tabel 1 . Material ini termasuk Aluminium murni ( pure Aluminium), masuk Aluminium seri 1010 sesuai dengan ASM vol 2 tahun 2002 dan memiliki struktur logam FCC ( Face  Centered  Cubic ).  Aluminium  murni  memiliki  berat  jenis  sebesar  2,7  g/cm 3 ,  densitas 2,685  kg/m 3 ,  dan  titik  leburnya  pada  temperatur    660 o C  sedangkan  memiliki  sifat    ringan, tahan  korosi,  hantaran  listrik  dan  panas  yang  baik,  mudah  dibentuk  baik  melalui  proses pembentukan maupun permesinan ( AA, 1999 ).
Tabel 1. Komposisi Kimia Kawat Aluminium Untuk Kabel OPPC
Unsur Paduan Si Fe Cu Mn Mg Zn Ti Unsur lain Al Berat unsur (wt%)  0,33  0,31  0,05  0,05  0,05  0,05  0,03 0,03 99,10
Pipa  baja  Galvanis  setelah  diuji  kimia  menunjukan  hasil  yang  ditunjukan  Tabel  2. Untuk  unsur  kimia  tertinggi  dimiliki  oleh  unsur  Fe  99,35  wt  %  dan  unsur  C  0.084  wt  % sedangkan  untuk  permukan  lapisan  pipa  baja  Galvanis  memiliki  unsur  Zn  99.021  wt  %. Menurut klasifikasi baja karbon, kadar karbon 0, 08% - 0, 12% adalah termasuk baja karbon rendah yang bersifat sangat lunak ( Wiryosumarto, 2000 ). Data hasil uji komposisi memiliki karbon  (C)  0,084  wt  %,  sehingga  pipa  baja  Galvanis  termasuk  dalam  kategori  baja  karbon rendah yang bersifat sangat lunak.
Baja  Galvanis  adalah  baja  lapis  seng  yang  mengandung  unsur  Zn  sebesar  99,7% ( ASM  vol  1,  2002 ).  Jika  dikomparasi  dengan  hasil  uji  komposisi  kimia  lapisan  Galvanis tersebut, maka masuk dalam standarisasi Galvanis dengan persentase seng (Zn) 99,021 wt %.

## Tabel 2. Komposisi Kimia Pipa Baja Galvanis Untuk Kabel OPPC
Unsur Paduan Fe S C Ni Si Cr Mn Mo P Cu Al Berat unsur (wt%) 99,3 5 0.008  0,084  0,033  0,009  0,030  0,245  0,010  0,027  99,10  0,033

## Struktur Mikro
Pengujian  struktur  mikro  pada  penelitian  ini  bertujuan  untuk  melihat  morfologi  dan karakteristik dari material kawat Aluminium dan pipa baja Galvanis. Dari hasil foto struktur mikro  kawat  Aluminium  menunjukan  unsur  Al  yang  berwarna  putih  mendominasi  dan menyebar pada seluruh permukaan material sedangkan garis yang berwarna hitam merupakan unsur  silikon  (Si)  yang  diperlihatkan  pada Gambar  3 .  Ini  menguatkan  dari  hasil  uji komposisi kimia dimana unsur Si sebesar 0,33 wt % sesuai dengan hasil foto struktur mikro. Unsur Si pada material kawat Aluminium disebut juga dengan pengotor karena menggangu kemurnian dari material Aluminium untuk kabel OPPC.
Gambar 3. Struktur Mikro Kawat Aluminium
Pengujian metalografi untuk mengamati struktur mikro pipa baja Galvanis dilakukan pada  daerah  sisi  permukaan  dan  sisi  lapisan  dalam  pipa  baja  Galvanis  dengan  perbesaran 200x yang ditunjukan pada Gambar 4 . Hasil dari pengujian foto struktur mikro struktur yang terlihat  adalah  ferit  dan  perlit,  struktur  yang  terlihat  mendominasi  adalah  ferit  yang menyebabkan  pipa  baja  Galvanis  bersifat  lunak  sehingga  tergolong  dalam  kategori  baja karbon rendah dengan kadar karbon (C) 0,084 wt %.
Al Si
Gambar 4. Struktur Mikro Permukaan Pipa Baja Galvanis
Hasil dari pengujian foto struktur mikro lapisan Galvanis dapat dilihat pada Gambar 5 ,  menunjukkan  bahwa  lapisan  Galvanis  dengan  unsur  utamanya  adalah  seng  (Zn)  dengan tingkat  kemurnian  yang  tinggi  yaitu  sebesar  99,021%.  Lapisan  Galvanis  tersebut  mampu memperlambat laju korosi karena seng memiliki sifat yang dapat menutup goresan, sehingga udara lembab tidak dapat masuk ke dalam pipa ( Beumer, 1978 ).
Gambar 5. Struktur Mikro Lapisan Galvanis Bagian Dalam Pipa

## Kekerasan
Pengujian  kekerasan  mikro  ini  bertujuan  untuk  mengetahui  kekerasan  material  kawat Aluminium  dan  pipa  baja  Galvanis  dengan  spesimen  kecil.  Alat  yang  digunakan  untuk menguji kekerasan menggunakan vickers hardness dengan beban 200 gram selama 10 detik.
Hasil pengujian kekerasan ditampilkan pada Tabel 3 .
Kawat  Aluminium  memiliki  kekerasan  yang  rendah  yaitu  sebesar  43,66  HVN dikarenakan Aluminium memiliki densitas, berat jenis dan titik lebur  yang rendah ( Anonim, 2009 ), sedangkan hasil pengujian kekerasan pada pipa baja sebesar 134,66 HVN  ditunjang dari  struktur  kristal  di  dalam  pipa  baja  Galvanis  terdistribusi  tegangan  merata  ke  semua
Ferit Perlit Lap. galvanis Zn
ikatan  struktur  kristal  hanya  sebagian  ikatan  struktur  kristal  akan  mengalami  tekanan  lebih besar dibanding ikatan struktur kristal yang lain ( Trethewey, 1991 ). Kekerasan dari material diatas  baik  kawat  Aluminium  maupun  pipa  baja  sesuai  standart  penggunaan  kabel  saluran udara tegangan tinggi (SUTET) dimana kawat Aluminium memiliki kekerasan anatara 40-75 HVN ( PLN, 1981 ).
Tabel 3 . Kekerasan Masing-Masing Material Kabel OPPC Material Kekerasan (HVN) I II III  Rata-rata Kawat Aluminium  45 42 44 43.66 Pipa baja 136  133  135 134,66

## Uji tarik
Pengujian  ini  berfungsi  untuk  mengetahui  berapa  kekuatan  tarik  dari  masing-masing material  kebel  OPPC. Proses  ini  dilakukan dengan  menggunakan universal  testing  machine (UTM)  yang  beban  tarik  sudah  ditentukan  menurut  ASTM  B-230.  Tegangan  tarik  yang terjadi  tidak  boleh  melebihi  tegangan  tarik  nominal  kawat  pada  keadaan  temperatur lingkungan  dengan posisi vertikal  dan  horisontal.  Pada  pengujian  tarik  didapatkan  besarnya tegangan  maksimum  dan  regangan  Adapun  hasil  perhitungan  uji  tarik  masing-masing material kabel OPPC ditunjukkan pada Tabel 4.
Tabel 4 . Kekuatan Tarik Masing-Masing Material Kabel OPPC Material Pengujian Tarik (MPa) I II III Rata-Rata Kawat Aluminium 93 90 89 90,66 Pipa Baja 348,1  354,5  342,7 348,43 Kabel Optik 42 39 38 39,66
Kekuatan  tarik  kawat  Aluminium  tidak  begitu  tinggi.  Namun,  dengan  adanya pemaduan  pipa  baja  dan  kabel  optik  dapat meningkatkan kekuatan  tariknya. Pipa  baja akan berperan  penting  dalam  kabel  OPPC,  selain  sebagai  pelindung  kabel  optik  juga  sebagai penguat  karena  pipa  baja  mempunyai  kekuatan  tarik  yang  tinggi  dibanding  material  lainya. Dengan  pengagabungan  dari  beberapa  material  kabel  OPPC,  untuk  kekuatan  tariknya  bisa
mencapai 478,75 MPa dan masuk standar kabel PLN untuk kabel SUTET dimana kekuatan tarik kabel SUTET PLN antara 400-800 MPa (PLN, 1981).

## Uji Puntir
Pengujian puntir menggunakan alat uji torsi yaitu alat yang dirancang untuk mengukur seberapa besar gaya puntir sampai spesimen patah. Caranya adalah dengan memuntir batang uji terus-menerus sampai batang uji itu putus atau mencapai jumlah puntiran yang ditentukan dan putarannya harus searah. Untuk hasil uji puntir dari masing-masing material kabel OPPC ditunjukan pada Tabel 5 berikut ini.
Tabel 5. Kekuatan Puntir Masing-Masing Material Kabel OPPC
Material Pengujian Puntir (MPa) I II III Rata-Rata Kawat Aluminium  120,2  117,4  115,3 117,63 Pipa Baja 398,2  401,3  400,7 400,06 Kabel Optik 55 53 60 56
Hasil  pengujian  puntir  dipengaruhi  oleh  momen  inersia  massa  pada  luas  permukaan setiap material kabel OPPC. Untuk pipa baja Galvanis memiliki kekuatan puntir yang tinggi karena  berbentuk  pipa  dan  kekerasan  tinggi  bila  digabungkan  dengan  material  lainya  kan semakin tinggi kekuatan puntirnya, sehingga cocok sebagai penguat dalam kabel OPPC yang membuckup  kawat  aluminiun  dan  kabel  optik.  Untuk  kekuatan  puntir  kabel  SUTET  yang digunakan  pada  PLN  antara  360-860  MPa  sehingga  hasil  pengujian  puntir  diatas  masuk dalam standart kawat SUTET PLN.

## KESIMPULAN
Dari penelitian yang telah dilakukan maka bisa diambil kesimpulan sebagai berikut:
1.  Dari  pengujian  komposisi  kimia  untuk  material  kawat  Aluminium  termasuk  jenis Aluminium  murni  tipe  1010  dan  pipa  baja  Galvanis  tergolong  baja  karbon  rendah  dan memiliki sifat tahan karat karena dilapisi Galvanis.
2.  Struktur mikro kawat Aluminium murni didominasi oleh unsur Al dan sedikit unsur Si dan Fe dan pipa baja Galvanis terdiri dari perlit dan ferit untuk bagian dalam sedangkan bagian permukaan hanpir seluruhnya unsur seng (Zn).
3.  Hasil  kekerasan  dan  uji  tarik  selaras,  dimana  kekerasan  semakin  tinggi  maka  uji  tarik semakin  besar.    Untuk  kekerasan  tertinggi  pada  pipa  baja  Galvanis  dalam  kabel  OPPC digunakan sebagai penguat.
4.  Hasil  data  uji  puntir  dari  penggabungan  beberapa  material  masuk  dalam  standar  kabel SUTET PLN.

## DAFTAR PUSTAKA
ASTM E4 ASTM B-230 ASTM B-231 ASTM E18 DIN-48201 ANSI C119.4, (Connector testing) Aluminum Association Guide for Stress-Strain Testing, 1999 A. S. Pabla.,1994, “ Sistem Distribusi Daya Listrik”, Erlangga, Jakarta, 1994, p.181.
[Anonim]. Classification Aluminum. 2009. www.aluminum-matter.co.uk  (10 November 2009)
3M corporation..2003,” Conductor and Accessory Testing. Aluminum Conductor Composite Reinforced (ACCR)” Technical Notebook, 2003
Beumer, BJM.,1978, Ilmu Bahan Logam , jilid I, PT. Bharatara Karya Aksara, Jakarta.
Hermawan,.2005.”Pemasangan kabel fiber optik pada tiang SUTT atau SUTET 70 kV-50 kV di PT. Icon +”
Harsono Wiryosumarto, 2000, Teknik Pengelasan Logam , PT. Pradnya Paramita, Jakarta.
Joseph,.2009.“Pengenalan Sistem Komunikasi Serat Optik” Buku DIKTAT.
Jakubiak,E.A.,  dan  Matusz,J.S.1989,  “High  Temperature  Tests  of  ACSR  conductor Hardware”, IEEE Transactions on Power Delivery. Vol.4. No.1, 1989
Kompas., 2009, “PLN Bidik Target Listrik 57 Ribu Megawatt pada 2016” Kamis, 22 Oktober 2009
Koran Jakarta.,2009, “Persoalan Listrik yang Tak Kunjung Padam”
Migiantoro,  H.Bb.,2002.”Kajian  Kinerja  Mekanis  Konduktor  ACSR  dan  TACSR  terhadap Perubahan  Arus  Saluran”.  Tesis.  Program  Studi  Teknik  Elektro,  Pasca  Sarjana, UGM Yogyakarta,2002.
NEETRAC  Project,.2006.”1033  ACCR  Conductor  Stress  Strain  Test  and  Fittings  Tensile Test”
PLN.,1981, “Hantaran Aluminium berpenguat baja (ACSR)” SPLN 41-7:1981
Prairie  Business  Magazine.,2005  “Composite  Conductor  Planned  for  Minnesota”.  Staff Report.2005.
Reinhard Girbig, 2005., “Advanced OPPCAccessories for the Use on Power Lines up to 36 kV”
Reinhard Girbig and Philippe Bernon.,2005,” OPPC Solutions for 63 kV, 90 kV and 225 kV
Power Lines.
St.Paul,.2003,”Aluminum Conductor Composite Reinforced Technical Notebook” (477 kcmil family)
Suprihadi.,2007,”  Analisis  Unjuk  Kerja  Mekanis Konduktor  ACCR  Akibat Perubahan  Arus Saluran”.
Seppa,  T.O.,1995,  “Accurate  Ampacity  Determination;  Temperature-Sag  Model  for Operational  Real-Time  Rating”.  IEEE.  Transaction  on  Power  Delivery,  V.10 No.3,1995, pp 1460-1470.
Trethewey,  K.R.  terj.  Widharto,  1991,  Korosi  untuk  Mahasiswa  dan  Rekayasawan,  PT. Gramedia Pustaka Utama, Jakarta.
William  D.  Stevenson  Jr.,  1990,  “Analisis  Sistem  Tenaga  Listrik”,  Erlangga,  Jakarta,  V.10 No.6,1990.
________________________________ PENULIS:
Drs. H. Samsudi raharjo, ST, MT, MM Program Studi S1 Teknik Mesin UNIMUS e-mail : samraharjo2@gmail.com