Belajar Soal Varistor

Kemarin seharian saya berkutat di ruang training sebuah pabrik canggih di kawasan industri Cikarang. Tepatnya di sebuah perusahaan penanaman modal asing yang produknya adalah kapasitor, TNR Varistor, dan rubber.

Kapasitor (kondensator) yang dalam rangkaian elektronika dilambangkan dengan huruf C adalah suatu alat yang dapat menyimpan energi/muatan listrik di dalam medan listrik, dengan cara mengumpulkan ketidakseimbangan internal dari muatan listrik. Kapasitor ditemukan oleh Michael Faraday.

Sedangkan TNR (Thermally Non-Resistant) Varistor adalah salah satu komponen elektronik penting yang ditemukan di era 1950-an. Penemuan alat ini merupakan hasil penelitian seorang insinyur elektro bernama James T. Jackson, yang bekerja di Bell Labs, Amerika Serikat. Jackson sejak awal berfokus mencari solusi untuk melindungi peralatan telekomunikasi dari lonjakan tegangan listrik mendadak, sebuah tantangan besar pada masa itu.

Varistor sendiri berasal dari istilah variable resistor yang mengacu pada sifat unik, berupa resistansi yang berubah-ubah sesuai dengan tegangan yang diterima. Pada masa awal, material utama yang digunakan adalah oksida seng (ZnO), yang kemudian menjadi dasar material varistor hingga hari ini.

Tapi perjalanan saya beraktivitas di pabrik yang menerapkan sepenuhnya budaya kerja Jepang yang sangat berdisiplin itu justru membawa pikiran saya melayang ke suatu peristiwa di awal tahun ini (2024). Tabrakan kereta api yang menelan korban jiwa dan luka-luka di petak antara stasiun Haurpugur dan Cicalengka.

Dimana pada peristiwa itu terdapat kronologi yang saya sitir dari laman situs resmi Komite Nasional Keselamatan Transportasi yang bertajuk : Hasil Akhir Investigasi Kasus Kecelakaan KA 350 CL (commuter line) Bandung Raya – KA 65A Turangga, sebagai berikut: pada pukul 05.51 WIB, KA 350 CL Bandung Raya datang dan berhenti di Jalur II St.Haurpugur dan kemudian diberangkatkan kembali pukul 05.56 WIB ke St.Cicalengka. Pukul 05.59 WIB, KA 65A Turangga melintas langsung St.Cicalengka menuju St. Haurpugur. Terjadi tabrakan antara KA 350 CL Bandung Raya dengan KA 65A Turangga di KM 181+700 petak jalan St. Cicalengka – St. Haurpugur.

Lalu mungkin anda bertanya-tanya, apa hubungan dari keberadaan saya di pabrik kapasitor dan varistor dengan kejadian kecelakaan kereta yang menghebohkan itu? Titik singgungnya adalah hasil akhir dari investigasi resmi KNKT sebagai lembaga yang berwenang dalam melakukan proses investigasi dalam ranah kecelakaan transportasi. Dimana dari serangkaian hasil penyelidikan (investigasi) yang dilengkapi dengan pengujian peralatan dan sistem persinyalan, pemeriksaan terhadap seluruh pegawai yang terlibat dalam sistem pengoperasian kedua kereta seperti petugas PPKA, masinis, Sintelis, Jalan dan Jembatan, pengendali perjalanan KA pusat, dan banyak elemen fungsional lainnya, didapati fakta unik tentang terjadinya uncommanded signal.

Masih menyitir resume laporan investigasi KNKT dari laman situs resminya, ada konklusi sebagai berikut:

Berdasarkan rekaman event data logger persinyalan elektrik St. Haurpugur, saat sebelum kecelakaan muncul uncommanded signal berupa pemberian “blok aman” ke arah St. Cicalengka saat sedang berlangsung proses pemberian “warta masuk” KA 121 Malabar di St. Haurpugur dari arah St. Cicalengka. Uncommanded signal tersebut terproses oleh persinyalan elektrik St. Haurpugur kemudian ditampilkan pada layar monitor St. Haurpugur berupa tanda panah kuning ke arah St. Cicalengka yang mengindikasikan bahwa petak jalan ke arah St. Cicalengka aman untuk dilalui KA.

Uncommanded signal tersebut merupakan efek transien tegangan dengan amplitudo sangat tinggi dalam waktu sangat singkat saat operasi pensaklaran relay sistem interface St. Cicalengka saat proses menerima signal dari St. Haurpugur. Efek ini kemungkinan dipengaruhi oleh kondisi pengkabelan serta grounding sistem interface dan peralatan persinyalan blok mekanik St. Cicalengka.

Melihat situasi genting di atas yang berpotensi untuk menimbulkan gangguan keselamatan yang amat membahayakan, tampaknya fenomena seperti terjadinya uncommanded signal di sistem persinyalan moda transportasi massal seperti kereta api inilah yang mungkin menjadi salah satu visi Jackson saat mendesain TNR Varistor. Lonjakan-lonjakan tegangan dengan amplitudo tinggi pada sistem pengamanan telekomunikasi yang bersifat krusial, dapat mengakibatkan terjadinya kesalahan ataupun kecelakaan yang fatal.

Terlepas dari kompleksitas sistem persinyalan di sistem perkeretapian Indonesia yang tengah berevolusi, dan masih terdiri dari beberapa sub sistem dengan perbedaan prinsip mekanisme, misal masih adanya petak dengan sistem persinyalan blok mekanik, dimana sebagian lainnya sudah elektrik. Kondisi ini menuntut diterapkannya teknologi transisi yang adaptif dan mampu mengakomodir karakter fungsional yang berbeda dalam satu sistem kendali operasi kereta yang sama. Dibutuhkan kehandalan sistem relay interface agar data yang dikirim dan diterima bersifat valid, presisi, serta cepat dan akurat, untuk itu tentu diperlukan teknologi di tingkatan mikro elektronika yang canggih bukan?

Maka tak terlalu salah kan, jika saya pada pagi ini ingin mengajak kita bersama untuk sedikit mengenal sains di balik TNR varistor yang dapat menjamin bahwa rangkaian elektronika yang terdapat di dalam peralatan seperti AC, kulkas, mesin cuci, dan bahkan sistem kendali satelit seperti Starlink, dapat beroperasi tanpa gangguan, handal, dan dapat diandalkan.

TNR varistor bekerja berdasarkan prinsip konduktivitas non linier, di mana resistansi perangkat ini menurun secara drastis ketika tegangan mencapai nilai ambang tertentu. Fenomena ini disebabkan oleh struktur mikroskopik materialnya, terutama butiran oksida seng yang membentuk jaringan mikroskopis. Di antara butiran-butiran ini terdapat lapisan batas-batas butiran (grain boundaries), yang bertindak sebagai penghalang untuk aliran listrik pada tegangan rendah.

Ketika tegangan meningkat hingga nilai tertentu, penghalang tersebut runtuh, memungkinkan arus listrik mengalir lebih bebas. Hasilnya adalah kemampuan untuk meredam lonjakan tegangan dengan efisiensi tinggi, melindungi sirkuit elektronik dari kerusakan.

TNR varistor digunakan dalam berbagai aplikasi, terutama untuk, proteksi lonjakan tegangan yang dapat mencegah kerusakan akibat lonjakan tegangan mendadak, seperti petir atau gangguan pada jaringan listrik. Varistor juga berperan dalam stabilisasi tegangan yang dapat membantu mengatur fluktuasi tegangan pada peralatan elektronik sensitif.

Varistor juga berperan dalam proses penghapusan noise elektrik yang dapat mengurangi gangguan frekuensi tinggi pada sirkuit.

Maka tak heran jika TNR varistor banyak ditemukan di peralatan rumah tangga seperti televisi, kulkas, dan mesin cuci. Juga di skala industri seperti di sistem pengontrol motor listrik dan peralatan berat. Juga tentu saja di bidang telekomunikasi seperti di pusat data dan perangkat jaringan. Bahkan juga dapat digunakan untuk memodulasi tegangan di sistem penghasil energi baru dan terbarukan, seperti panel surya dan turbin angin.

Seiring dengan semakin berkembangnya ilmu material dan manufaktur, maka peran varistor tampaknya juga akan dapat semakin dikembangkan, baik dari segi efektivitas maupun diversifikasi fungsinya. Beberapa inovasi yang sedang dikembangkan anata lain adalah pemanfaatan nanoteknologi. Dimana dapat digunakan material nano seperti karbon nanotube untuk meningkatkan efisiensi dan memperpanjang umur varistor.

Dapat dikembangkan pula smart varistor, di mana komponen dengan sensor terintegrasi untuk mendeteksi kondisi abnormal dalam jaringan listrik secara real time, memungkinkan perbaikan cepat dan otomatis, jika ada kerusakan atau anomali yang terjadi sebagaimana lonjakan amplitudo tegangan tinggi pada sistem relay interface di kasus kecelakaan kereta yang telah kita bahas di atas.

Pengembangan lain adalah penggunaan material hibrida seperti kombinasi oksida seng dengan bahan seperti graphene untuk meningkatkan sensitivitas dan daya tahan terhadap suhu ekstrem. Sementara di sisi lain varistor juga punya kapasitas tidak hanya untuk melindungi saja, tetapi dapat juga mengumpulkan energi dari lonjakan tegangan untuk dimanfaatkan kembali. Konsep energy harvesting ini meski mungkin potensinya kecil, tapi setidaknya dapat menjadi bagian dari back up catudaya dari suatu sistem tertutup, seperti kontrol persinyalan dll.

Seiring dengan peningkatan sistem kelistrikan global, seperti transisi menuju jaringan listrik pintar (smart grid) dan penggunaan perangkat IoT, peran TNR varistor akan semakin vital. Tidak hanya untuk proteksi, tetapi juga sebagai komponen yang memastikan efisiensi energi dan kelancaran operasional teknologi modern.

Penemuan dan pengembangan TNR varistor mengajarkan kita bahwa inovasi terkadang lahir dari kebutuhan akan perlindungan, tetapi dampaknya bisa jauh melampaui itu, dan bahkan dapat menjadi landasan bagi berbagai pencapaian teknologi di masa depan bukan?

Terimakasih banyak Indo Chemi-Con untuk banyak ilmu dan pelajaran yang telah saya petik hari ini. Saya jadi semakin menyadari bahwa sistem konstruksi ilmu manusia yang sebagian besarnya telah berada di pucuk pohon peradaban yabg tinggi menjulang, terdiri dari banyak keping-keping modular hasil penelitian, inovasi, gagasan brilian, keringat, air mata, bahkan nyawa, dari banyak manusia dengan kecerdasan tingkat dewa yang telah berkontribusi pada bidangnya. Dan mungkin uniknya, mereka yang turut menyumbangkan keping modular tersebut, tidak sempat mentehaui gambaran besar di masa depan yang terbangun antara lain karena sumbangsih modularnya.

Saya belajar banyak, bahwa satu unit varistor itu melibatkan begitu banyak capaian ilmu pengetahuan, dimulai dari Faraday, Ohm, Jackson, sampai para ahli material, para penambang mineral beserta teknologinya, pada ahli robotika industri dan manufaktur, juga para ahli marketing, ahli sumber daya manusia, ahli investasi, diplomat dll. Diplomat? Loh kalau tidak ada kerja-kerja dan lobby-lobby diplomatik bagaimana bisa sebuah perusahaan penanaman modal asing asli Jepang tiba-tiba punya pabrik di Cikarang?

Maka semangatnya adalah, mari terus berkontribusi dalam kebaikan, sekecil apapun peran dan sumbangsih kita, karena ternyata bisa saja itu adalah bagian dari modular sebuah peristiwa atau penemuan besar yang akan memberikan banyak manfaat pada masanya bukan ? 🙏🏾🩵🇲🇨