Artikel ini menunjukkan pendekatan baru untuk mengukur Arus Kebocoran listrik atau dikenal juga dengan arus sisa menggunakan Fiber Optic (FO). Ini berbeda dengan perangkat Residual Current Device (RCD) pada umumnya dalam menjamin keamanan listrik di jaringan sistem tenaga karena menggunakan cahaya sebagai medianya. Tantangan utama dari teknik ini ditimbulkan oleh persyaratan medan magnet tinggi dalam pengukuran berbasis FO. Oleh karena itu, mengkompromikannya dengan meningkatkan panjang paparan medan magnet tentu saja logis dengan FO. Selain itu, batas arus bocor bisa serendah 0,5mA dengan mematuhi standar IEC60601. Prinsip Magneto Optical Effect (MOE) yang sama dengan Efek Faraday (juga dikenal sebagai rotasi Faraday) akan digunakan. Dalam penelitian ini, inti silika FO umum dengan karakteristik konstanta Verdet rendah akan digunakan. Teknik yang diusulkan akan memanfaatkan FO dengan melilitkannya di sekitar kawat pembawa arus sehingga cahaya mengalami Efek Faraday pada jarak yang lebih jauh. Dari simulasi yang dilakukan, pengukuran berbasis FO dengan jarak hingga 15 km masih dapat dimanfaatkan dengan pengurangan daya hingga 50% karena Attenuation Loss dari sumber daya laser hanya sebesar 100 mW.
Gambar 1 menunjukkan struktur dasar FOCS. Terdiri dari sumber cahaya, dua polarizer dengan satu sebagai analisa, fotodetektor, dan bagian utama yaitu Fiber Optic (FO). Dengan konfigurasi ini, dimungkinkan untuk mengukur arus I yang mengalir pada sebuah kawat. Setelah kita melakukan pengukuran arus ini, terdapat kemungkinan untuk mengukur arus bocor dengan menentukan dua kondisi yang dapat membantu dalam menentukan kondisi arus bocor. Kondisi pertama disebut kondisi normal. Karena jumlah arus yang masuk dan keluar beban akan sama dalam keadaan normal, induksi medan magnet akan diukur pada nilai minimumnya. Kondisi yang kedua disebut dengan kondisi arus bocor. Hanya satu dari dua jalur yang ada yang digunakan dalam situasi ini untuk menghubungkan beban ke sumber listrik. Kabel yang berbeda akan digunakan untuk koneksi lainnya. Keadaan ini dimaksudkan menyerupai terjadinya arus bocor. Jika ada arus yang hilang, maka arus tidak mengikuti jalur yang benar dan hilang. Induksi medan magnet yang berbeda akan terjadi dari sini. Hal ini akan meniru skenario di mana arus dikembalikan secara keseluruhan melalui jalur darat.
Sensor medan magnet dan arus listrik serat optik telah dilakukan dalam penelitian selama beberapa dekade dan didasarkan pada efek Faraday pada serat itu sendiri. Karena konstanta silika Verdet yang lebih rendah, sensitivitas sensor arus semua fber, apa pun pengaturan sensornya, ditingkatkan dengan sedikit peningkatan jumlah gulungan fber. Masalah yang muncul adalah meningkatnya birefringence linier yang membatasi sensitivitas dan mempengaruhi linearitas respon. Rentang pengukuran arus yang besar hingga ratusan kA dan akurasi 0,1% dapat dicapai dengan lilitan FO.
Kemungkinan pengukuran arus diuji menggunakan simulasi komputasi dengan skema seperti ditunjukkan pada Gambar 2. Selanjutnya analisis model simulasi yang digunakan adalah membandingkan hasil Optical Power Meter (OPM). Dari hasil pengukuran pada Gambar 3 secara komputasi diperoleh bahwa penurunan nilai daya akibat perubahan panjang disebabkan oleh atenuasi. Itu menggunakan empat OPM, empat Optical Spectrum Analyzers (OSA), dan Optical Time Domain Visualizer (OTDV). Dari OSA diketahui puncak daya berada pada frekuensi 193 THz. Itu konsisten sepanjang empat OSA. Kemudian dari OTDV, daya sepanjang serat optik stabil di angka 100 mW. OPM-1 dan OPM-2 sebenarnya digunakan untuk memvalidasi nilai daya dari sumber cahaya dan setelah polarizer. Hasilnya adalah 100 mW yang serupa dengan spesifikasi sumber cahaya. Perbedaannya hanya terdapat pada OPM-3 dan OPM-4.
Dari tren nilai OPM-3 dapat diketahui bahwa spesifikasi parameter yang digunakan adalah 0,2 db/km. Hal ini juga menunjukkan bahwa semakin lama FO digunakan maka kemungkinan kehilangan daya semakin besar. Sementara itu, panjang FO akan terbatas karena hilangnya Atenuasi. Oleh karena itu, mengukur arus bocor secara langsung tampaknya cukup sulit dilakukan. Pengukuran yang mungkin dapat dilakukan dari setiap kawat untuk memperbesar arus yang diperlukan untuk menghasilkan sudut rotasi.
Penulis: Erwin Sutanto, S.T., M.Sc.
Informasi detail dari riset ini dapat dilihat pada tulisan kami di:
Erwin Sutanto, Guillermo Escriv谩-Escriv谩, Febdian Rusydi, Moh. Yasin.
Konferensi Internasional Nirkabel dan Telematika (ICWT) ke-9 2023, 06-07 Juli 2023, Solo, Indonesia.
2023- Desember-11
