Ada Apa Dengan Voltan Tinggi : Sains Menjelaskan!

Oleh :  Dr. Noor Azlinda Ahmad
Institut Voltan & Arus Tinggi (IVAT)
Universiti Teknologi Malaysia

Pengenalan

Pernahkah anda mendengar terma ‘voltan tinggi’? Tahukah anda voltan tinggi merupakan satu cabang kejuruteraan elektrik yang digunakan secara meluas dalam pelbagai bidang samada kesihatan, pengilangan dan pembuatan produk, penjanaan dan penghantaran elektrik serta penghasilan sumber kuasa boleh diperbaharui (renewable enegy)? Secara umumnya, menurut IEC 60038 (2002), voltan tinggi adalah suatu nilai voltan yang bersamaan dengan 1000 Volt (unit yang digunakan untuk mengukur nilai Voltan) atau lebih. Walaubagaimanapun, di sesetengah negara, tiada takrifan yang jelas diberikan berkenaan dengan nilai voltan tinggi. Sebagai contoh di Amerika Syarikat, National Electrical Manufacturer’s Association (NEMA) mentakrikfan voltan tinggi sebagai suatu nilai yang mempunyai voltan antara 100 hingga 230 kV. Voltan tinggi boleh diklasifikasikan kepada beberapa kumpulan iaitu ‘medium high voltage (MHV)’ bagi nilai voltan antara 1 kV sehingga 70 kV, ‘Extra High Voltage (EHV)’ bagi nilai voltan antara 275 kV hingga 800 kV manakala nilai voltan lebih daripada 1000 kV dikategorikan sebagai ‘Ultra high voltage (UHV)’.

Kegunaan

Nilai-nilai voltan tinggi ini diklasifikasikan berdasarkan kepada jenis penggunaan voltan tinggi dalam industri tertentu. Sebagai contoh, MHV banyak digunakan dalam sistem pengagihan tenaga elektrik dan industri manakala EHV seringkali digunakan untuk sistem talian penghantaran tenaga elektrik. Ini kerana nilai voltan yang sangat tinggi membolehkan penghantaran tenaga elektrik dalam jumlah yang besar untuk jarak jauh menjadi lebih efisien dan ekonomikal. Di Malaysia, Tenaga Nasional Berhad (TNB) adalah merupakan satu organisasi yang bertanggungjawab sepenuhnya dalam mengawalselia aktiviti penjanaan, pengagihan dan penghantaran tenaga elektrik.

Voltan tinggi juga digunakan secara meluas untuk penjanaan imej dalam bidang perubatan seperti sinaran-x, magnetic resonance imaging (MRI), ultrasound, endoscopy, thermography dan sebagainya. Untuk menghasilkan sinaran-x, voltan tinggi diperlukan supaya elektron-elektron yang dihasilkan oleh katod di dalam tiub vakum mendapat cukup tenaga untuk bergerak dan memecut ke arah anod. Dalam keadaan halaju yang sangat tinggi, perlanggaran dengan dinding anod akan berlaku. Sekiranya perlanggaran tersebut melibatkan tenaga yang cukup tinggi, satu proses ionisasi akan berlaku yang seterusnya berupaya menghasilkan sinaran-x. Teknik penjanaan imej sinaran-x ini akan menghasilkan imej bahagian tertentu tubuh badan manusia untuk tujuan diagnosis pesakit dan rawatan. Selain itu, banyak penyelidikan yang dilakukan telah membuktikan bahawa penggunaan voltan tinggi dalam bidang perubatan berupaya membunuh sel-sel yis dan bakteria yang merbahaya [1]^,[2], serta turut digunakan sebagai kaedah penyembuhan dan rawatan luka (atmospheric plasma treatment) [3],[4].

Antara contoh kegunaan voltan tinggi dalam bidang perubatan seperti (a) MRI dan (b) ultrasound

Voltan tinggi turut digunakan dalam penghasilan ozon atau discas plasma yang banyak digunakan dalam bidang pertanian dan perubatan. Ozon, merupakan sejenis gas yang mempunyai bau kurang menyenangkan terhasil daripada gabungan tiga atom oksigen, O₃. Walaupun digunakan secara meluas dalam industri untuk merawat dan membersihkan air, menghilangkan bau serta membunuh bakteria dan virus, ozon tidak sesuai untuk kegunaan persendirian. Ini kerana gas ozon boleh menyebabkan masalah pernafasan yang kronik sekiranya sesorang terdedah kepadanya dalam satu jangkamasa yang lama. Sebaliknya, penggunaan ozon dalam bidang industri dan perubatan adalah lebih selamat memandangkan ianya tertakluk di bawah spesifikasi dan prosedur keselamatan yang ketat. Satu lagi teknologi iaitu ‘Non-thermal plasma (NTP)’ yang menggunakan aplikasi voltan tinggi digunakan dalam kaedah pensterilan bagi mengawal kontaminasi atau pencemaran yang disebabkan oleh mikroorganisma dalam produk-produk makanan. Berdasarkan kajian yang dilakukan sejak 1960-an[5] mendapati, kaedah NTP mampu membunuh mikroorganisma seperti E. Coli, Salmonella Stanley, Bacillus dan banyak lagi sekaligus memanjangkan jangkahayat prdoduk-produk makanan yang dipamerkan atau dijual di pasar raya.

Selain daripada kegunaan komersial, voltan tinggi juga banyak digunakan di makmal-makmal pengujian, penentukuran, pengajaran dan penyelidikan. Ia digunakan untuk menguji kecekapan dan kebolehpercayaan peralatan-peralatan voltan tinggi seperti pengubah (transformer), switchgear, bushing, penebat, kabel voltan tinggi, kapasitor dan lain-lain sebelum dipasarkan. Tujuan pengujian ini diadakan adalah untuk memastikan sejauh mana ketahanan penebat peralatan-peralatan ini apabila dikenakan voltan yang tinggi. Memandangkan nilai voltan yang digunakan adalah sangat tinggi, maka aspek keselamatan adalah satu kemestian yang tidak boleh dipandang enteng oleh semua pihak terlibat. Dengan itu, pengujian semua peralatan voltan tinggi adalah menjadi satu kemestian dan peralatan yang gagal dalam ujian tersebut tidak akan mendapat kelulusan untuk dipasarkan. Dalam keadaaan tertentu, sekiranya terdapat sebarang perubahan pada rekabentuk peralatan atau bahan penebat yang digunakan, maka pengujian perlu diulang semula bagi memastikan keberkesanan, kecekapan dan kualiti penghasilan peralatan-peralatan tersebut. Terdapat pelbagai jenis pengujian voltan tinggi yang boleh dilakukan tertakluk kepada jenis dan fungsi setiap peralatan voltan tinggi. Semua pengujian yang dijalankan adalah berdasarkan kepada spesifikasi piawaian antarabangsa yang telah ditetapkan. Di Malaysia, SIRIM merupakan badan yang bertanggungjawab memantau kualiti setiap produk yang dihasilkan sebelum dapat dipasarkan kepada pengguna. Antara makmal yang menyediakan kemudahan pengujian dan penentukuran di Malaysia ialah Institut Voltan & Arus Tinggi (IVAT) yang terletak di Universiti Teknologi Malaysia, Johor Bahru.

IVAT merupakan sebuah pusat kecemerlangan (centre of excellent) yang mempunyai kepakaran khusus dalam bidang pengujian dan penentukuran voltan tinggi dan telah mendapat pengiktirafan ISO/IEC17025 daripada Jabatan Standard Malaysia sejak 2004. Pengiktirafan ISO/IEC 17025 menjadikan IVAT sebagai salah satu badan pengujian voltan tinggi yang sangat kompeten di Malaysia dengan keputusan pengujian yang diiktiraf oleh badan piawaian samada di dalam negara mahupun antarabangsa seperti A2LA (American Association for Laboratory Accreditation), ALGERAC (Algerian Accreditation Body), ACCREDIA (Italy), ANSI-ASQ National Accreditation Board (USA) dan sebagainya. Selain daripada menyediakan perkhidmatan pengujian dan penentukuran voltan tinggi, IVAT turut mempunyai kepakaran dalam bidang penyelidikan melibatkan voltan tinggi antaranya seperti kilat dan perlindungan, penghasilan ozon dan plasma, diagnostic & fault analysis, discas separa (partial discharge), condition monitoring, pemantauan penebat voltan tinggi (high voltage insulation monitoring) dan banyak lagi.

Kes-kes kemalangan voltan tinggi

Disebalik kegunaan voltan tinggi dalam pelbagai bidang, kes-kes kemalangan elektrik yang berlaku disebabkan oleh voltan tinggi adalah sangat membimbangkan dan perlu diberi perhatian serius. Di Amerika Syarikat sahaja sebanyak 1000 kematian setahun dicatatkan akibat daripada renjatan elektrik. Hampir 400 kes yang dilaporkan melibatkan voltan tinggi diikuti oleh kilat yang menyebabkan kematian sebanyak 50 ke 300 kes[6].  Dilaporkan pada tahun 2014, sebanyak 64 kes kemalangan elektrik telah berlaku di seluruh Malaysia dengan jumlah kematian dicatatkan sebanyak 27 orang. Antara kes yang berlaku ialah di mana tiga orang kakitangan yang sedang menjalankan kerja-kerja penyelenggaraan di sebuah pencawang elektik TNB cedera parah apabila pencawang tersebut meletup[7] manakala pada tahun 2010, 4 orang pekerja penyelenggaraan dilaporkan melecur akibat daripada litar pintas yang berlaku di stesen pencawang elektrik[8].  Menurut Pengurus Besar Kanan (Hal Ehwal Korporat dan Komunikasi) Tenaga Nasional Berhad (TNB), Datuk Ir. Mohd. Aminuddin Mohd. Amin, antara punca utama kemalangan elektrik adalah disebabkan pemasangan dan selenggaraan yang tidak sempurna serta tidak mematuhi prosedur kerja yang selamat.

Dalam kebanyakan kes yang berlaku, renjatan elektrik menyebabkan kegagalan tisu dan organ dalaman badan untuk berfungsi dengan baik. Berapa serius tahap kecederaan bergantung kepada nilai bacaan arus yang mengalir (diukur dalam nilai Ampere) melalui badan mangsa, tempat yang menjadi laluan masuk dan keluar arus dari badan mangsa serta tempoh mangsa terdedah kepada aliran arus tersebut. Pada kebiasaannya, kes renjatan elektrik ditandai dengan kesan terbakar pada kawasan yang menjadi laluan keluar dan masuk arus dari dan ke dalam badan mangsa. Ia seterusnya mengakibatkan masalah saluran darah tersumbat, kerosakan saraf, ketegangan otot serta kecederaan dalaman yang lain terutama sekali jika mangsa jatuh selepas terkena renjatan elektrik[9]. Walaupun terdapat banyak kes melibatkan kematian akibat terkena renjatan elektrik voltan tinggi dilaporkan di dada akhbar[10,[11,[12], namun kes yang sama turut berulang setiap masa disebabkan oleh kecuaian serta kurangnya kesedaran di kalangan orang awam tentang bahaya voltan tinggi.

Bagi mengelakkan risiko kemalangan akibat renjatan elektrik, langkah-langkah keselamatan perlu diamalkan dan dipatuhi sebelum sesuatu kerja atau pengujian melibatkan voltan tinggi dapat dilakukan. Kegagalan mengikuti prosedur piawaian keselamatan (SOP) boleh mengakibatkan kemalangan yang menyebabkan kecederaan atau lebih teruk lagi mengundang maut. Antara langkah-langkah yang perlu diambil sebelum memulakan aktiviti melibatkan voltan tinggi ialah:

1. Semua objek ataupun peralatan voltan tinggi hendaklah dibumikan ataupun dipastikan bersambung dengan titik pembumian. Peralatan yang tidak dibumikan boleh mengundang padah kepada pengendali peralatan tersebut.
2. Sentiasa pastikan pengendali tidak berseorangan semasa menjalankan kerja-kerja melibatkan voltan tinggi.
3. Jika di dalam makmal, pastikan ‘interlock’ dipasang pada pintu atau laluan masuk ke tempat aktiviti dijalankan. Sekiranya interlock tidak bersentuhan, maka sumber voltan tinggi tidak boleh dibekalkan kepada peralatan.
4. Rod pembumian atau ‘earthing stick’ ialah perkara wajib yang perlu ada di setiap tempat yang menjalankan aktiviti voltan tinggi. Tujuan rod pembumian ini adalah untuk mengalirkan cas yang berlebihan pada peralatan voltan tinggi ke bumi sebelum ia dapat disentuh. Ini adalah untuk memastikan keselamatan pengendali alat voltan tinggi terjamin.
5. Memasang lampu atau siren dan tanda amaran voltan tinggi ketika pengujian atau kerja-kerja melibatkan voltan tinggi sedang dijalankan.
6. Memastikan sistem pembumian berada dalam keadaan yang baik bagi menjamin keselamatan pengendali alat supaya tidak berlaku kes-kes kemalangan akibat renjatan arus elektrik. Ini kerana, sekiranya peralatan voltan tinggi yang dikendalikan tidak dibumikan dengan betul, arus elektrik akan memilih jalan pintas untuk ke bumi melalui badan si pengendali alatan tersebut.

Secara kesimpulannya, industri voltan tinggi adalah satu cabang industri berteraskan elektrik yang berkembang pesat di Malaysia. Disebalik banyak manfaat dan kebaikan penggunaan voltan tinggi dalam pelbagai bidang, tatacara dan kawalselia penggunaan voltan tinggi perlu diberikan perhatian yang sewajarnya bagi mengelakkan kemalangan yang tidak diingini berlaku.

Rujukan 

[1] J.H. Sale et al., “Effects of high electric fields on micro-organisms-I. Killing bacteria and yeasts’, Biochem. Biophys. Acta., Vol. 148, pp. 789 – 800, 1967

[2] M.A.Malik, Nitric Oxide Production by High Voltage Electrical Discharges for Medical Uses : A review, Plasma Chemistry and Plasma Processing, Vol. 36, issue 3, pp. 737 – 766, 2016

[3] A. Elserougi, S. Ahmed, A. Massoud, ‘High Voltage pulse generator based on DC-to-DC boost converter with capacitor-diode voltage multipliers for bacterial decontamination’, IECON2015, Yokohama, pp. 322 – 326, 2015.

[4] Daeschlein G, Napp M, Lutze S, Arnold A, von Podewils S, Guembel D, Jünger M. ‘Skin and wound decontamination of multidrug-resistant bacteria by cold atmospheric plasma coagulation’, J Dtsch Dermatol Ges. 2015 Feb;13(2):143-50. doi: 10.1111/ddg.12559. Epub 2015 Jan 16.

[5 X. Liao, D. Liu, Q. Xiang, J.Ahn, S.Chen, X. Ye, T. Ding, ‘ Inactivation mechanisms of non-thermal plasma on microbes: A review’. Food control, vol. 75, pp. 83-91, 2017

[6] Lisa A. Foris, Martin R. Huecker, ‘Electrical Injuries’. StatPearls Publishing, 2018

[7] Malay Mail, February 2015

[8] Department of Occupational Safety and Health, Malaysia

[9] Middleton D [1987]. The Deadly Current-Treating Electrical Injuries in the Field. JEMS

12:40-43.

[10] Berita harian, 2011

[11] Harian Metro, 2015

[12] Harian metro 2018

Kredit Foto :
wikipedia
indiamart
nhs
wateronline
EEE