ACCC COMPOSITE CORE

Tanpa kehandalan Composite Core, ACCC/TW Conductor tidak akan berarti apa – apa. Composite Core yang berfungsi sebagai penguat/penggantung sangat berperan penting. Menjadi nyawa dari keseluruhan konduktor.

Betapa tidak, suhu operasi yang dibebankan pada Composite Core dapat mencapai 180˚ C dan suhu emergency mencapai 200˚Celcius. Arus listrik yang melewatinya pun tidak bisa dibilang rendah, misalkan saja ACCC DUBLIN dengan size 520 mm2, akan mengantarkan arus sebesar 1756 Ampere (175˚C).

Selain itu Core harus dibebani pula dengan berat Aluminum wire sepanjang 2500 – 3000 meter di atas tower/menara penggantung setinggi 50 meter di atas tanah. Setidaknya, core harus menanggung beban Aluminum wire sebesar 1533 Kg/km (ACCC Hamburg), total untuk 2500 m = 3832 kg (3.83 ton) atau kira – kira satu buah forklift kecil kapasitas 2,5 ton berada di atas menara (wow…).

Tension (tegangan tarik) akibat beban tersebut tentu tidak dapat dihindari oleh core. Kemampuan kekuatan tarik dari core pun akan berperan disini. Composite Core standard mampu menahan dengan kekuatan 2,158 sampai dengan 2,585 MPa (313-375 ksi) dimana steel core hanya mempunyai kekuatan sebatas 1,275 MPa (185 ksi).

Di Negara – negara Eropa, ACCC Composite Core akan mendapat tantangan lebih besar lagi, sebut saja dalam menahan kencangnya tiupan angin (wind speed) saat badai dan menahan beban berat salju (ice load) yang menempel pada konduktor saat musim dingin. Dalam perhitungan ACCC, wind speed dan ice load tidak bisa dianggap remeh. Simulasi dengan memasukkan angka kecepatan angin dan beban (ice load) perlu dilakukan (see also : CCP Software for ACCC Conductor Comparison)

Tantangan lain adalah saat core harus melintasi sungai besar (river crossing) dan juga dilokasi pegunungan tinggi. Type High Strength Composite Core akan dipakai untuk aplikasi ini. Size dan kekuatan tariknya dirancang lebih besar dari sebelumnya. Type High Strength dipakai juga untuk daerah yang sering dilanda badai angin.

Di Indonesia, sungai terbesar adalah sungai Mahakam di Kalimantan dengan lebar 350 m, mungkin suatu waktu ACCC akan melintasi sungai ini. Di tahun 2014, design konduktor ini sudah pernah dibuat.

Well……shall we take a look inside the core…..? mari kita teliti lebih dalam sebagai berikut :

Composite Basic

Material composite bukanlah material yang asing. Penelitian composite sudah ada sejak abad ke 17 dan terus berkembang di abad 20 hingga sekarang. Produk dengan menggunakan bahan composite sebenarnya sering kita temui, seperti pada bahan pesawat terbang, peralatan militer, baling – baling generator listrik di lepas pantai, kapal pesiar, struktur bangunan, mobil (Mclaren Formula 1, General Motor) sampai pada raket tennis, bahkan sepeda pun menggunakan bahan composite. Tak heran ada sepeda atau raket tennis yang harganya bisa mencapai puluhan juta (dan masih ada orang yang mau membelinya…..huuuiiihh).

Tiada lain dan tiada bukan, tujuannya adalah untuk memanfaatkan sifat composite yang sangat ringan. Dengan perpaduan bahan – bahan di dalamnya, maka composite yang ringan dapat ditingkatkan kekuatannya terhadap tarikan (tension) dan kompresi/tekanan (compression), ketahanan terhadap cuaca, ketahanan terhadap chemical dan ketahanan terhadap kelelahan (fatigue) dan ketahanan terhadap tekukan (bending). Dalam prakteknya, bahan – bahan penguat ini (reinforcing) biasanya adalah dalam bentuk serat (fiber).

Saat ini, composite buatan manusia yang paling umum dapat dibagi menjadi tiga kelompok utama, yaitu Polymer Matrix Composites ( PMC ), Fibre Reinforced Polymer ( atau Plastik ) yang  menggunakan resin polimer berbasis sebagai matriks  dan berbagai serat seperti glass , carbon dan aramid sebagai penguat.

Kita tidak akan membahas terlalu dalam mengenai itu, karena akan membutuhkan waktu dalam pemahamannya dan pembahasan yang sangat panjang. Kami hanya memperkenalkan beberapa hal dasar/istlah secara umum/general dari composite atau yang berhubungan dengan ACCC Composite Core ini. Beberapa istilah kunci yang perlu dikenal dan mungkin ingin anda pelajari adalah sebagai berikut :

COMPOSITE, FILAMENT, FIBER, FIBER GLASS, CARBON FIBER, BORON, RESIN/RESIN RESIN SYSTEM/EPOXY RESIN, TOW, CURE, DIE CURE, BATH, MATRIX, POLYMER MATRIX, HYBRID, YARN/STRAND/ROVING, MATRIX CONTENT, FIBER CONTENT/VOLUME, GLASS TRANSITION TEMPERATURE, PREFORM, LAMINATE  dan masih banyak lagi……silahkan anda download COMPOSITE ENGINEERING di free PDF files list kami.

ACCC Composite Core (Material)

ACCC Core menggunakan Hybrid Carbon Fiber dan Fiber Glass. Ratusan fiber digabungkan dalam Matrix Epoxy Resin temperature tinggi. Carbon Fiber dilapisi oleh Glass Fiber High Grade (boron free). Type Glass adalah type Electrical Grade yaitu E-Glass. Sistem produksi menggunakan sistem PULTRUSION dengan type WET (basah) karena menggunakan RESIN TANK (bath). Type composite adalah Uni-Directional Composite.

CARBON FIBER (Serat Carbon)

Carbon fiber mempunyai Specific Stiffness yang tinggi (kekakuan), mempunyai kekuatan tarik (tension) dan kekuatan kompressi (compression) yang sangat tinggi, serta mempunyai daya tahan (resistance) terhadap korosi, “creep” dan daya tahan terhadap “kelelahan bahan” (Fatigue). Diameter filament pada umumnya berkisar antara 5 s.d 7μm. Mempunyai beberapa type yaitu High Strength (HS), Intermediate Modulus (IM), High Modulus (HM) dan Ultra High Modulus (UHM).

Berikut adalah gambaran micro dari Carbon Fiber :

GLASS FIBER (Serat Glass)

Dasar material Glass terbentuk dari campuran beberapa produk seperti pasir, kaolin, limestone, colemanite dll. di suhu 1600˚C sehingga membentuk suatu cairan glass. Cairan glass (liquid glass) akan diproses kembali menjadi menjadi fiber filament dengan diameter sekitar 5 – 24 μm. Filament – filament tersebut akan ditarik bersamaan (digabung) dan di coating untuk melindungi glass dari abrasi.

Dari beberapa variasi hasil modifikasi atau improvement dalam prosesnya, maka glass dapat terbentuk menjadi beberapa type yang biasa digunakan untuk penguat (reinforcement) seperti type E-Glass (for electrical), C – Glass (for chemical), dan R,S atau T – Glass (higher Tensile strength).

ACCC Composite Core memakai type E-Glass (free boron) dengan keunggulan yaitu mempunyai tingkat Tensile Strength yang baik, tahan terhadap gaya tekan (compression) dan kekakuan (stiffness)  yang cukup baik pula, serta harga yang tidak terlalu tinggi tergantung dari beberapa type E-Glass itu sendiri. Material E-Glass yang banyak digunakan untuk penguat ini biasa digunakan pada  sistem Polymer Matrix Composite.

Lain halnya dengan R,S atau T – Glass. Material ini cukup mahal, dipakai untuk produk luar angkasa (Aerospace) dan Defence Industries (militer). Mempunyai tingkat modulus dan tensile strength yang sangat tinggi (3450 MPa, tensile modulus 70 GPa, low elongation 3-4%).

E- Glass tersedia dengan beberapa bentuk seperti bentuk Strand, Yarn (gabungan dari beberapa Strand), dan Rovings. Berikut adalah salah satu contoh bentuk Fiber E-Glass :

Dan berikut adalah gambaran micro / SEM’s view dari Fiber Glass :

Kekuatan/performa composite core terletak pada carbon tersebut dan fiber glass berfungsi untuk meningkatkan fleksibilitas core (ketahanan saat terkena gaya lengkungan/bending) dan ketangguhan. Selain itu fiber glass akan melindungi Korosi Galvanis (Galvanic Corrosion) antara Carbon dengan trapezoidal Aluminum wire strand. Material carbon akan merusak Aluminum jika ada kontak langsung, untuk itu perlu ada pemisah diantaranya, yaitu fiber glass.

EPOXY RESIN

Epoxy Resin yang menyatukan ratusan fiber juga harus berkualitas tinggi, karena ini akan mempengaruhi secara langsung performa core.

Epoxy Resins adalah resins dengan performa yang paling tinggi diantara resin yang ada saat ini dan sangat mahal. Mampu digunakan sampai suhu 150 °C. Berguna untuk meningkatkan daya tahan terhadap degradasi mechanical properties dan degradasi yang diakibatkan oleh lingkungan yang ekstrim. Epoxy Resins termasuk dalam jajaran resin kualitas tinggi dan cukup eksklusif. Digunakan juga untuk komponen pesawat terbang (aircraft components). Keunggulan lain adalah tahan terhadap degradasi akibat air dan mempunyai sifat adhesive tinggi.

Manfaat utama mengapa Epoxy Resins ini digunakan antara lain adalah mempunyai sifat kekuatan Mechanical yang super, tingkat “Shrinkage” (penyusutan) rendah, dapat meminimalisir “Internal Stress”, serta daya tahan terhadap bahan kimia (chemical resistance) dan sebagai Electrical Insulator yang tangguh.

Dalam molekul Epoxy Resins, terdapat “dua grup Ring (cincin)” di tengah (centre) yang berguna untuk menyerap Mechanical dan Thermal Stress. Untuk itu, dari beberapa penjelasan di atas, tak salah jika ACCC Composite Core menggunakan High Performance Resins ini karena sangat baik dalam kekakuannya (stiffness), ketangguhan dan sifat heat resistance (tahan panas).

Oya…satu lagi ciri yang terlihat dalam hasil penggunaan resin ini adalah warna composite yang berwarna kecoklatan (brown).

ACCC COMPOSITE CORE PRODUCTION LINE (General)

Markas besar CTC Global berada USA,  2026 McGaw Ave, Irvine, CA 92614, Telp. :+1 949-428-8500

Mari kita menjelajah lebih dekat lagi proses produksi di dalam pabrik pembuatan ACCC Composite Core  dibawah ini :

PULTRUSION PROCESS (ACCC)

Proses Produksi menggunakan Sistem Pultrusion (Pultrusion Process), Material Carbon Fiber dan Fiberglass akan masuk ke dalam Resin Tank untuk disatukan, kemudian akan masuk ke dalam Curing Die dengan suhu tertentu. Dalam Curing ini pembentukan diameter terjadi. Core yang cukup dingin (sudah terbentuk) akan ditarik oleh dua Pulling Unit dengan sistem press dan tarik yang bergerak secara bargantian untuk menjaga kestabilan penarikan. Terakhir, Composite core akan digulung dengan Reel (penggulung berbahan kayu, halus dan rata) di Take up. Umumnya Line speed / kecepatan penarikan cukup lambat sekitar ± 2 – 200 cm/min untuk menjaga bentuk yang konstan. Untuk itu diperlukan Line mesin yang cukup banyak di area produksinya (untuk kapasitas reel composite core dengan panjang 7000 meter, dapat memakan waktu 2 – 3 hari, hmmm…cukup melelahkan….) berikut adalah sketsa proses produksi dengan sistem PULTRUSION (General Schematic Diagram).

dan ini adalah sketsa Proses Pultrusion lain yang berlaku secara umum di dunia :

Pultrusion Process sudah banyak digunakan untuk berbagai produk composite, termasuk ACCC Composite Core seperti yang di jelaskan di atas. Carbon fibers dan Glass fibers (di are Fiber Creel) akan masuk bersamaan menuju Resin Tank. Fibers akan dituntun melalui jalur lubang (eyelet/guiding) untuk meratatakan pendistribusian serta mencegah kusut. Ketegangan/tension antar fiber perlu diperhatikan karena ini akan mempengaruhi bentuk core. Tidak boleh ada twisting, knotting dan luka didaerah ini.

Setelah itu, akan masuk menuju Resin Tank (Resin Imparegnation) proses penyatuan dimulai disini. Campuran resin, additive, reaksi resin perlu diperhatikan dan harus diuji di laboratorium khusus.

Setelah itu akan masuk ke Preform untuk pembentukan awal bentuk dari composite, lalu masuk ke Heating Die dengan suhu tertentu. Pembentukan final core pun terjadi disini. Proses Curing/Die Heating menjadi salah satu proses yang paling menentukan. Peran suhu dan kecepatan reaksi proses serta cara menentukan parameter proses nya sangat krusial. Monitoring control secara automatic perlu diterapkan untuk menjaga kestabilan prosesnya. Ketidaktepatan dalam proses ini bisa mempengaruhi physical dan mechanical properties. Cracks, atau bahkan kehilangan daya tahan korosi dari composite.

Composite core yang telah dingin (dapat didinginkan di udara, atau udara yang dihembuskan) dan sudah terbentuk, akan ditarik oleh Pulling Unit Terdapat dua pulling device yang bekerja secara simultan (open-pressing-pull-open), pulling device “A” akan menekan/menjepit core lalu menariknya secara perlahan dengan panjang langkah beberapa centimeter menuju pulling device “B”. Pada titik akhir langkah, sebelum pulling device “A” membuka ke atas, pulling device “B” akan menjepit core. Saat pulling device “B” menjepit dan akan mulai menarik, maka pulling device “A” akan membuka dan segera kembali ke titik awal untuk bersiap menjepit kembali. Pulling device “B” akan melanjutkan untuk menarik core tadi dan membuka di akhir langkah. Siklus ini terus berulang sampai produksi selesai.

Lay out Production line tidak terlalu rumit seperti gambar dibawah :

Sebelum masuk ke Take Up Reel, core akan melalui beberapa Pulley/Wheel besar untuk diberi gaya tekan (bend) di antara dua wheel kecil lain seperti gambar. Jika terjadi crack pada core, maka akan terdeteksi di area ini.

Setelah melalui rangkaian pulley diatas, core lalu menuju Take Up untuk digulung. Ukuran Reel (haspel penggulung) harus presisi dan tegak lurus supaya traversing (gulungan) tersusun rapi tanpa celah. Jika terjadi celah di antara composite saat proses ini berlangsung, maka saat proses stranding (unwinding core) bisa saja menyulitkan (core bisa masuk kedalam celah tersebut akibat tension saat proses stranding dan menyebabkan kusut).

Pemantauan visual core (perubahan warna), diameter core dan ovality, ketebalan lapisan glass, serta kemungkinan crack (retak), pori/void/gelembung udara perlu dimonitor dengan ketat di area ini.

Salah satu contoh pentingnya merapikan gulungan composite core (traversing). Reel dilengkapi dengan barrier/safety cover (palang berwarna kuning). Hmmmm….namun ada yang kurang disini. Untuk keamanan (safety), sebaiknya operator menggunakan helm berpelindung di bagian wajah yang tembus pandang. Helm yang dipakai oleh operator dibawah ini masih kurang aman. Composite Core akan menyimpan tegangan (tension) yang tinggi lebih dari steel strand. Jika terjadi masalah dan core kehilangan tension, akan berbahaya, akan melesat cepat seperti raket tennis mengenai wajahmu, ha ha ha….hati – hati, ini bisa mengakibatkan luka, cacat dan bahkan kematian.

Berikut adalah salah satu contoh Close Up view dari ACCC Composite Core pada reel :

Composite core yang sudah lulus uji dengan serangkaian sample test, (akan dibahas pada part selanjutnya) akan dipacking dengan keamanan super ketat, yaitu dibagian ujung core akan diberi penguat setidaknya 3 baut pengencang. Di bagian dalam core dilapisi plastik dan pada bagian atas core akan diberi pelindung “wooden sheet” yang digulung dengan tebal kira kira 3 mm. Reel harus dipastikan kencang dan tahan terhadap ombak saat pengiriman melalui kapal. Safety data sheet pasti selalu tertempel di dalam kemasan.

Tidak boleh ada kegagalan proses/failure sediktipun pada core. CTC Global harus memastikan secara penuh standard pengetesan sudah terlaksana karena core akan berhadapan dengan serangkaian proses selanjutnya yang sangat mengandalkan performa Composite Core yaitu Stranding Process, Installation Process, dan Energizing pada tower serta daya tahannya setelah beberapa waktu di Energized, setidaknya selama 20 -30 tahun ke depan…….ketidaksempurnaan saat Pultrusion Process akan berakibat fatal.

Untuk menjamin hal ini, serangkaian test pada ACCC Composite Core telah dilakukan. Setidaknya ada 30 lebih standard test uji yang dilakukan oleh CTC Global………

SUMMARY

Composite sangat berguna untuk digunakan dalam berbagai produk karena kehandalannya dari sisi kekuatan (strength), daya tahan (resistance) serta sifatnya yang ringan (lightweight), anti korosi dll.

Improvement dalam sifat-sifat tersebut dapat tercipta dengan pemilihan material composite yang benar sesuai aplikasinya dan ketelitian dalam proses produksi (pultrusion).

Kualitas Composite Core untuk konduktor ACCC/TW harus selalu terjaga dengan ketat karena ini menyangkut aliran listrik ribuan ampere dan ribuan watt/megawatt. Quality inspection technology perlu terus ditingkatkan untuk meminimalisir failure yang mungkin terjadi.

Dapatkan ACCC INSTALL GUIDE (App) di google play

Didalamnya terdapat guide (petunjuk) instalasi konduktor pada tower (stringing), or Click to the picture

Nantikan pembahasan selanjutnya lebih dalam lagi….di Part 2

(Selamat menunaikan ibadah Puasa Ramadhan 1437 H/ 2016 M untuk seluruh kaum muslim di seluruh Dunia)

Read also : ACCC Reconductoring, ACCC HTLS/HCLS, HTLS Conductor Comparison , FREE Electrical Software and PDF files, and also Ilmukabel app

Thanks….