teori dasar elektromagnetik

BAB II TEORI DASAR KESESUAIAN ELEKTROMAGNETIK

II.1

UMUM

Penggunaan Penggunaan peralatan listr ik, elektronik dan elektromekanik elektromekanik semakin meningkat seiring perkembangan jaman dan kebutuhan manusia, terutama peralatan – peralatan yang menggunakan sistem digital modern seperti terrestrial trunket radio , global system for mobile communication (GSM ), ), komputer, digital pager, radio genggam, hand phone dan peralatan wireless, peralatan kedokteran, peralatan rumah t angga angga dan lain sebagainya. Semua peralatan –

peralatan

tersebut

membangkitkan

gelombang

elektromagnetik.

Dengan

demikian,

perkembangan sistem peralatan di bidang listrik, elektronik dan industri secara tidak langsung akan disertai beberapa masalah yang disebabkan gangguan dari fenomena elektromagnetik. Level tegangan yang rendah pada pengoperasian peralatan elektronik, ketidak seragaman sistem transmisi, lingkungan pengoperasian peralatan yang berdampingan dengan peralatan lain, arus kuat dan arus lemah didalam suatu sistem dan kepadatan instalasi yang semuanya dapat berpengaruh pada lingkungan elektromagnetik disekitarnya. Pada saat sekarang ini diharapkan adanya peralatan elektronik yang dapat beroperasi dalam lingkungan medan elektromagnetis yang tidak mendatangkan kerugian dari fungsi – fungsi peralatan yang sudah direncanakan sistem pengoperasiannya dan tidak memberikan dampak buruk terhadap pengoperasian peralatan disekitarnya dan kesehatan manusia. Gangguan elektromagnetik terjadi bila noise pancaran spektrum elektromagnetik yang dihasilkan dari peralatan elektronik dan peralatan listrik mengganggu sinyal spektrum yang ditimbulkan oleh peralatan lain. Beberapa peralatan atau sistem dapat berada dalam satu lingkungan yang mengandung medan elektromagnet, hal itu dapat mempermudah timbulnya gangguan. Oleh karena itu disamping pengujian produk atau sistem, juga diperlukan pengujian keandalan lingkungan yang bisa menjamin keandalan performa sistem dalam lingkungan alaminya. Selama perkembangan kehidupan yang selalu berfikir praktis, maka kebutuhan pemakaian peralatan yang menggunakan teknologi spektrum elektromagnetik dipandang besar sekali keuntungannya bagi peralatan untuk berkomuniksi, ilmu kedokteran yang praktis dan

Universitas Sumatera Utara

canggih, hubungan bisnis dan industri modern, peralatan – peralatan tersebut juga harus diperhatikan dampak yang terjadi dalam lingkungan lain. II.2

GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK ELEKTROMAGNETIK

Gangguan elektromagnetik adalah sinyal pancaran yang tidak diinginkan dari energi konduksi atau energi radiasi sebagai medan elektromagnetik. Pancaran konduksi berupa tegangan dan arus. Sedangkan pancaran radiasi terdiri dari medan listrik atau medan magnet. Interaksi medan listrik antara dua rangkaian terbentuk dalam gandengan kapasitif. Jika dua rangkaian digandeng oleh medan listrik, maka gandengan listrik tersebut dapat digantikan dengan kapasitor. Dalam bentuk rangkaian dapat dilihat pada Gambar 2.1.

1

medan listrik

2

1

E

V

Impedansi ke tanah Z

(a)

Gambar 2.1.

2 C

V Z

(b)

(a). Rangkaian Fisik Gandengan Kapasitif (b). Rangkaian Ekivalen Gandengan Kapasitif

Interaksi medan magnet antara dua rangkaian terjadi dalam gandengan induktif. Medan magnet yang terkurung diantara dua konduktor dapat digantikan dengan induktansi bersama.Suatu konduktor yang dialiri arus listrik dapat menghasilkan medan magnet yang mempengaruhi konduktor disekitarnya. Bentuk fisik dan rangkaian ekivalen dari rangkaian ini dapat dilihat pada Gambar 2.2.


Konduktor 1 dengan arus I

1

M12

I

2

V = jwM12I Konduktor 2

(a)

Gambar 2.2.

(b)

(a). Rangkaian Rangkaian Fisik Gandengan Induktif (b). Rangkaian Ekivalen Gandengan Induktif

Spektrum sinyal gangguan didefenisikan dalam bentuk amplitudo yang merupakan kebalikan dengan frekuensi pancaran sinyal dari suatu sumber gangguan. Amplitudo spektrum pancaran dapat berupa pancaran konduksi atau radiasi, narrow band atau broad band , yang dapat didefenisikan sebagai berikut : •

Pancaran Pancaran konduksi dapat didefenisikan sebagai energi elektromagnetik yang diinginkan sepanjang propagasi suatu penghantar (konduktor). Konduktor dapat berupa kabel aliran daya, lapisan metal subsistem, atau sistem interkoneksi kabel – kabel.

•

Pancaran radiasi didefenisikan sebagai energi elektromagnetik yang diinginkan atau energi elektromagnetik yang tidak diinginkan yang merupakan propagasi kedalam ruang bebas, sebagai suatu gelombang transfer elektromagnetik oleh gandengan kapasitif atau gandengan induktif.

•

Pancaran narrow band yaitu suatu pancaran yang mempunyai energi spektrum yang utama terletak didalam bandpass dari pengukuran peralatan penerima yang digunakan. Pancaran narrow band yang dimaksud yaitu bandwidth pancarannya 3dB lebih sempit dari pengukuran bandwidth penerima gangguan.

•

Pancaran broad band yaitu suatu pancaran yang mempunyai distribusi energi spektrum yang lebih besar dibandingkan dengan bandwidth dari pengukuran penerima yang digunakan. Spektrum sinyal yang ada dalam sistem elektronik sebagian besar merupakan aspek

yang penting dari kemampuan suatu sistem, bukan hanya untuk mendapatkan batas yang berkaitan dengan pengaturan pancaran, tetapi juga berfungsi dalam kesesuaian / keharmonisan


dari sistem elektronik. Kuantitas yang harus diperhatikan dalam kesesuaian elektromagnetik adalah : •

Pancaran konduksi, berupa tegangan atau arus.

•

Pancaran radiasi, berupa berupa medan listrik listr ik dan medan magnet.

Spektrum elektromagnetik dapat digolongkan seperti dalam Tabel 2.1 Tabel 2.1. Spektrum Elektromagnetik URAIAN

FREKUENSI

PANJANG GELOMBANG

High Frequency (HF)

3 – 30 MHz

(100 – 10) m

Very High Fequency (VHF)

50 – 100 MHz

(6 – 3) m

Ultra High Fequency (UHF)

400 – 1000 MHz

(75 – 30) m

Micr Microwa owav ve

3.10 3.10 -10 -10 Hz

10 cm – 3 mm

Mill Millim imet etre re Wave ave

10 -10 -10 Hz

3 mm – 0,3 0,3 mm

Inf Infrare rared d

10 (6.1 (6.10 0 ) Hz

0,3 0,3 mm – 0,5 μm

Light ght

(6.1 (6.10 0 ) - (8. (8.10 ) Hz

0,5 μm - 0,4 μm

Ultr Ultraa-Vi -Viole olet

(8.1 (8.10 0 ) - 10

0,4 μm – 10- m

X-Rays

(10 - 10 )Hz

10 m - 10 m

Gamm Gammaa Ray Rays

> 10 Hz

< 10- m

Gelombang

elektromagnetik

dapat

Hz

-

berjalan

dalam

-

ruang

hampa.

Gelombang

elektromagnetik menghasilkan komponen listrik dan magnet. Gelombang elektromagnetik memindahkan energinya melalui ruang hampa dan juga melalui medium material. Perbedaan material menyebabkan jumlah perbedaan yang disebabkan untuk penyerapan (absorbsi) dan proses pemantulan. Sifat alami dari gelombang elektromagnetik yang berjalan, yaitu kecepatan dari gelombang elektromagnet elektromagnet tergantung t ergantung dari material yang dilalui gelombang tersebut.

Menurut frekuensi propagasi gelombang elektromagnetik dibedakan menjadi : •

Propagasi frekuensi tinggi ( high frequency / HF )

•

Propagasi frekuensi sangat tinggi ( very high frequency / VHF ) dan frekuensi ultra tinggi (ultra high frequency / UHF )

•

Propagasi gelombang mikro dan gelombang millimeter.


Propagasi gelombang elektromagnetik frekuensi radio melalui 3 metode yaitu radiasi, konduksi dan induksi. Metode tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut : 1. Medan Elektromagnetik Radiasi Pancaran radiasi memancarkan energi elektromagnetik dari peralatan dan propagasi melalui ruangan atau suatu medium. Radiasi elektromagnetik yang biasa ada dalam lingkungan kita adalah pemancar radio dan televisi. Pemancar akan memancarkan sinyal radiasi kearah alat penerima dan alat penerima akan menerima sinyal tersebut dan bereaksi terhadap sinyal yang diterima 2. Medan Elektromagnetik Konduksi Propagasi energi elektromagnetik frekuensi radio melalui konduksi terjadi sebagai hasil hubungan fisik antara peralatan yang berdekatan. Hubungan tidak diperlukan langsung, dapat melalui saluran perantara. Konduksi tidak disengaja dan tidak diinginkan melalui saluran perantara terkadang terhubung sebagai loop atau ground loop. 3. Medan Elektromagnetik Induksi Proses induksi terjadi bila dua rangkaian induktif membentuk gandengan induktif sehingga terbentuk medan magnet. Bentuk gangguan pada umumnya terjadi bila sinyal dari bermacam – macam peralatan paralel jalurnya satu dengan yang lain dalam lingkungan yang biasa, seperti didalam listrik atau didalam saluran masuk listrik. Induksi dapat juga terjadi dalam kabel multi konduktor yang multipair, jika pasangan tidak cukup terisolasi satu dengan yang lain. Pasangan kabel yang membelit tidak terbungkus dapat untuk mentransfer energi elektromagnetik dengan cara induksi, jika tidak ada perlindungan dalam instalasi kabel. Lingkungan elektromagnetik yaitu komposisi dari energi radiasi dan energi konduksi yang dihasilkan suatu produk listrik, elektronik dan elektromekanik. Dapat berupa distribusi daya dan distribusi waktu dengan jangkauan variasi frekuensi dari level pancaran elektromagnetik radiasi atau konduksi yang ditemui dalam suatu lingkungan operasional yang direncanakan. Lingkungan elektromagnetik dapat berupa gangguan elektromagnetik, pulsa elektromagnetik, radiasi elektromagnetik dari material yang mudah meledak, dan fenomena alam yang diakibatkan oleh kilat. Lingkungan elektromagnetik dapat dipandang dalam segi distribusi ruang dan distribusi temporal dari kuat medan listrik (v/m), pemancaran ( irradiance ) cahaya (watt/m) dan kepadatan energi (joule/m). Penaksiran suatu lingkungan diperlukan untuk mengidentifikasi


secara luas peralatan – peralatan yang peka terhadap gangguan elektromagnetik atau peralatan peralatan yang merupakan sumber gangguan elektromagnetik.

II.3

KESESUAIAN ELEKTROMAGNETIK ( ELECTROMAGNETIC COMPATIBILITY / EMC )

Kesesuaian elektromagnetik adalah kemampuan suatu peralatan atau sistem untuk beroperasi secara normal dilingkungan elektromagnetik tanpa terpengaruh maupun menghasilkan interferensi terhadap lingkungan. Kesesuaian elektromagnetik dibagi menjadi dua bagian, yaitu interferensi elektromagnetik dan suseptibilitas elektromagnetik.

Menurut International Electrotechnical Commission ( IEC ) emisi elektromagnetik adalah ‘suatu peristiwa pemancaran energi elektromagnetik yang berasal dari sumber gangguan’ (IEC, 1989). Emisi dapat dibagi menjadi sinyal yang diinginkan dan sinyal yang tidak diinginkan yang diambil dari alur gandengan yang diharapkan dan tidak diharapkan.

Sebagai contoh, suatu sinyal yang diinginkan yang diambil dari alur yang diharapkan adalah pengiriman sinyal data melalui proses komputer dengan kabel panjang yang dihubungkan ke kontroler pada suatu proses aktual. Pada proses aktual sistem komputer yang terhubung pada sistem kontroler ketika terjadi crosstalk internal dikomputer kemudian sinyal digital diterima dibagian utama, bagian utama ini akan berfungsi sebagai antena pemancar sinyal digital. Disini kita bisa mendapatkan pengambilan sinyal yang diinginkan yang berasal dari bagian yang tidak diinginkan di lingkungan elektromagnetik. Antena pemancar mungkin sekarang terganggu, misalnya dengan stasiun pemancar radio , penerima akan mendapatkan gangguan sehingga pesan tidak terkirim. IEC mendeskripsikan suseptibilitas adalah ‘ketidak mampuan suatu piranti, peralatan atau sistem untuk bekerja tanpa penurunan kemampuannya saat muncul gangguan elektomagnetik’(IEC, 1989). Pada Gambar 2.3 dapat dilihat diagram blok kesesuaian elektromagnetik dan hubungannya dengan efek yang ditimbulkannya.


(KEM) Kesesuaian Elektromagnetik (kemampuan berfungsi dengan baik)

Suseptibilitas / Peka Elektromagnetik (interferensi)

Emisi Elektromagnetik (pemancaran energi gangguan)

Dari Dalam Sistem

Dari Sistem Lain

Dari Sistem Lain

Dari Sistem Sendiri

Kesesuaian Intern sistem

kesesuaian Intra sistem

Gambar 2.3. Diagram Blok Kesesuaian Elektromagnetik Kesesuaian

elektromagnetik

berhubungan

dengan

pembangkit,

transmisi

dan

penerimaan energi elektromagnetik. Ada 3 aspek masalah kesesuaian elektromagnetik, yaitu sumber (emisi), gandengan ( transfer ), dan penerima. Aspek tersebut dapat dilihat pada Gambar 2.4 berikut.

sumber (emisi)

Gambar 2.4

gandengan (transfer)

penerima

Aspek Dasar Kesesuaian Elektromagnet

Emisi sumber dapat menghasilkan noise atau interferensi. Interferensi terjadi apabila energi yang diterima penerima menyebabkan penerima bekerja dengan tidak semestinya. Transfer energi terjadi dengan cepat melalui gandengan elektromagnetik yang tidak diharapkan. Transfer energi elektromagnetik dapat dikategorikan dalam 4 subsistem, yaitu radiasi emisi, radiasi suseptibilitas, konduksi emisi dan konduksi suseptibilitas. Subsistem tersebut dapat dilihat pada Gambar 2.5.


Gambar 2.5

Subsistem Dasar Kesesuaian Elektromagnetik a. Radiasi Emisi b. Radiasi Suseptibilitas c. Konduksi Emisi d. Konduksi Suseptibilitas

Setiap sistem elektronik biasanya terdiri dari satu atau lebih subsistem yang berhubungan satu dengan yang lain melalui kabel. Untuk penyediaan daya subsistem biasanya digunakan sumber tegangan AC atau DC. Kabel juga digunakan untuk interkoneksi subsistem sehingga fungsi sinyal dapat melewati perantara subsistem tersebut. Semua kabel - kabel tersebut memiliki potensi untuk menaikkan emisi energi elektromagnetik. Sinyal interferensi dapat juga dengan cepat melewati subsistem melalui konduksi langsung pada kabel. Jika subsistem ditutup dengan suatu penutup ( enclosure) metal, arus akan menginduksi penutup melalui sinyal internal atau sinyal eksternal. Sinyal induksi dapat meradiasi lingkungan luar atau dalam penutup metal. Untuk sistem penutup dengan harga yang lebih murah biasanya menggunakan penutup nonmetal. Umumnya yang digunakan adalah plastik. Rangkaian elektronik yang ditutup dengan penutup nonmetal, ada sebagian besar yang


tidak terlindungi dari emisi elektromagnetik, karena hal itu maka terjadi radiasi langsung yang mengakibatkan peralatan lebih peka terhadap emisi. Emisi elektromagnetik dapat terjadi dari sumber tegangan, penutup metal yang mengandung sebuah subsistem, kabel penghubung subsistem atau dari komponen elektronik didalam penutup nonmetal, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.5a. Panjang kabel juga efisien untuk menaikkan radiasi emisi dari satu sistem kesistem lain yang berdekatan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.5b. Sinyal eksternal menginduksi kabel sehingga seperti banyak kabel yang terhubung ke subsistem, sinyal induksi tersebut ditransfer ke komponen internal subsistem, hal tersebut menimbulkan interferensi pada rangkaian. Sinyal yang tidak diinginkan mungkin teradiasi oleh sumber tegangan, interkoneksi kabel, peralatan metal, atau rangkaian internal subsistem. Kejadian ini merupakan struktur atau pengkabelan sinyal yang tidak diinginkan. Emisi dan suseptibilitas energi elektromagnetik terjadi tidak hanya berupa gelombang elektromagnetik melalui udara, tetapi juga secara konduksi langsung pada konduktor metal, seperti Gambar 2.5c dan Gambar 2.5d. Pada umumnya gandengan ini lebih efisien daripada gandengan melalui udara. Transfer energi elektromagnetik selain dengan 4 subsistem diatas, juga ada cara lain yang juga sering terjadi, yaitu : •

Pelepasan muatan elektromagnetik ( Electromagnetic discharge/ESD )

•

Pulsa elektromagnetik ( Electromagnetic pulse/EMP)

•

Kilat / petir

•

Pengaman komunikasi dan proses data


Keempat transfer energi elektromagnetik diatas dapat diilustrasikan pada Gambar 2.6.

Gambar 2.6. Transfer Energi Elektromagnet a. Pelepasan Muatan elektromagnetik b. Pulsa Elektromagnetik c. Kilat / Petir d. Pengaman Komunikasi dan Proses Data Pada Gambar 2.6a, seseorang berjalan diatas karpet nilon dengan alas sepatu karet, peristiwa tersebut akan menimbulkan pengisian muatan statis pada tubuh. Jika sebuah piranti elektronik disentuh, muatan statis tersebut akan pindah ke piranti elektronik tersebut, dan terbentuk busur lingkaran antara jari – jari tangan dengan piranti tersebut. Transfer muatan langsung dapat menyebabkan kerusakan permanen pada komponen elektronik seperti IC (integrated circuit ). Dari gambaran diatas, pelepasan muatan elektromagnetik dapat diartikan sebagai akumulasi muatan listrik statis menjadi pelepasan muatan. Listrik statis dihasilkan oleh dua material dielektrik. Misalnya antara karpet nilon dengan alas sepatu karet. Beberapa muatan yang dapat menghasilkan muatan statis dapat dilihat pada Tabel 2.2


Tabel 2.2. Material yang Dapat Menghasilkan Muatan Elektrostatis Asbestos Acetate Gelas / kaca Rambut manusia Nilon Wool Bulu Timah hitam Sutra Aluminium Kertas Polyurethane Kapas Kayu Baja Lilin Karet pekat Mylar Kaca epoxy Nikel, tembaga, perak Kuningan, baja murni Karet sintetik Acrylic Busa polystyrene Busa polyurethane Polyester Saran Polyethilene Polypropylene PVC Teflon Karet silikon


Penemuan piranti semikonduktor yang digunakan didalam sistem elektronik, terutama pada monitor dapat menimbulkan efek peledakan yang merusak. Peledakan ini tidak merusak fisik secara langsung tapi ledakan ini menyebabkan intensitas gelombang elektromagnetik yang mengisi muatan dan memindahkannya pada lingkungan, seperti ilustrasi pada Gambar 2.6b. Karena peristiwa ini terjadi kerusakan yang signifikan pada komunikasi dan proses data yang merupakan efek dari pulsa elektromagnetik. Sambaran petir seperti yang diilustrasikan pada Gambar 2.6c, merupakan masalah yang dapat memberi efek buruk. Sambaran petir dapat membawa arus hingga 50.000 A. Medan elektromagnetik dari intensitas arus dapat membuat gandengan pada sistem elektronik melalui radiasi langsung atau dengan gandengan sistem daya. Untuk menentukan apa yang diketik pada keyboard dan tampilan pada monitor adalah dengan emisi elektromagnetik seperti pada Gambar 2.6d. Radiasi emisi juga dapat digunakan untuk menentukan data atau komunikasi secara instan dan langsung dari satu konten komunikasi atau data.

II.4.

INTERFERENSI ELEKTROMAGNETIK

‘Penurunan kemampuan kerja piranti , peralatan atau sistem karena gangguan elektromagnetik’(IEC, 1989) disebut interferensi elektromagnetik. Diagram blok interferensi elektromagnetik pada Gambar 2.7, menunjukkan emisi yang berasal dari sumber dan suseptibilitas dilingkungan elektromagnet. Piranti emitor sebagai sumber menghasilkan sinyal yang diinginkan dan juga sinyal yang tidak diinginkan. Sinyal yang tidak diinginkan merupakan gangguan. Pada sinyal – sinyal tersebut kemudian terbentuk gandengan elektromagnetik yang diinginkan dan tidak diinginkan hingga terbentuk lingkungan yang mengandung medan elektromagnetik, kemudian terbentuk lagi alur – alur gandengan hingga mencapai piranti yang peka (penerima interferensi).


Piranti Emittor (sumber gangguan) Emisi yang Tidak Diinginkan (gangguan)

Emisi yang Diinginkan (sinyal)

Alur Gandeng yang Tidak Diharapkan

Alur Gandeng yang Diharapkan Lingkungan Elektromagnetik

Alur Gandeng yang Diharapkan

Alur Gandeng yang Tidak Diharapkan

Dalam Daerah Gangguan

Diluar Daerah Gangguan

Jauh Dari Daerah Gangguan

Dekat Daerah Gangguan

Piranti Peka

Gambar 2.7. Diagram Interferensi Elektromagnetik

Sumber interferensi dibangkitkan dari beberapa peralatan elektronik, elektrik dan elektromekanik. Karena transmisi, distribusi, proses atau penggunaan peralatan untuk berbagai tujuan dengan energi listrik, sehingga dalam pengoperasiannya menghasilkan sinyal konduksi atau radiasi.

Sumber interferensi dibedakan menjadi 2, yaitu : 1. Sumber interferensi alami, yaitu sumber yang tergabung dalam fenomena alami. Sumber tersebut meliputi : •

Sumber interferrensi natural terrestrial , yaitu fenomena pengisian atau pelepasan atmosfer, seperti kilat, dan lain sebagainya.

•

Sumber interferensi natural extraterrestrial (calessial ), yaitu sumber gangguan yang meliputi radiasi dari sumber matahari, sumber galaksi dan lain sebaginya.

Sumber – sumber interferensi natural dapat mempunyai sinyal amplitudo yang bermacam-macam sebagai fungsi frekuensi yang mempunyai kriteria sebagai sumber


interferensi broad band yang diidentifikasikan tidak koheren serta sumber dikategorikan dalam sinyal radiasi. Sinyal interferensi natural dibangkitkan dengan tidak sengaja. 2. Sumber interferensi buatan manusia yaitu sumber – sumber yang tergabung dalam peralatan – peralatan buatan manusia seperti jaringan transmisi listrik, sistem pemanasan otomotif, sistem penerangan, dan sebagainya. Sumber interferensi buatan manusia dapat diklasifikasikan sebagai berikut : •

Interferensi broad band , yaitu sinyal elektromagnetik konduksi atau radiasi yang mana amplitudonya bervariasi sebagai fungsi dari frekuensi yang diperluas pada jangkauan frekuensi yang lebih besar dari bandwidth penerima. Interferensi broad band terbagi menjadi sinyal broad band koheren dan tidak koheren.

•

Interferensi narrow band yaitu sinyal konduksi atau sinyal radiasi yang mana perbedaan amplitudo sebagai fungsi dari frekuensi yang lebih sempit dari bandwidth. Dalam interferensi narrow band hanya ada jenis sinyal interferensi narrow band koheren.

Untuk lebih jelas tentang sumber interferensi dapat diperhatikan Gambar 2.8 berikut. Noise Elektromagnetik

Noise Peralatan (interferensi Elektromagnetik pada rangkaian dan sitem)

Rangkaian dan Komponen Sistem Komunikasi/Radar/Navigasi peralatan Osilator local Sistem penerangan Pemanasan otomotif Peralatan industri Daya tarik elektrik Peralatan rumah tangga seperti oven microwave, mixer, vacum clener, dll.

Pensaklaran Motor Filter Rele Elemen rangkaian nonlinear Circuit breaker Sistem magnetik Rangkaian logika digital Korona

Noise Natural

Terrestrial

Celestial

Atmosfer

Noise kosmik/galaksi

Kilat Pelepasan muatan elektromagnetik

Noise solar

Gambar 2.8. Sumber Interferensi Elektromagnetik

Interferensi dapat terjadi secara intra peralatan maupun antar peralatan. Diagram blok interferensi intra peralatan dapat ditunjukkan pada Gambar 2.9. Dari Gambar 2.9 dapat dilihat blok diagram penerima radio yang digunakan sebagai sample bahwa didalam suatu alat dapat


terjadi interferensi intra peralatan. Dari masing-masing komponen dapat saling mempengaruhi melalui radiasi noise.

Antena

Kopling medan listrik

Osilator RF Amplifier

Mixer

IF Amplifier

Detektor

Kopling medan magnet

Audio Amplifier

Kopling konduktif

Speaker Power Supply

Kopling impedansi bersama

Gambar 2.9. Interferensi Intra Peralatan

Untuk interferensi antar peralatan

dapat diambil contoh pada Gambar 2.10. Pada

Gambar 2.10 dapat dilihat arus noise yang terhubung pada radio penerima dengan sumber tegangan, dimana radio penerima diganggu oleh radiasi elektromagnetik dari banyak sumber.

Saluran Transmisi

Petir

Pemancar TV dan Radio

Radio

Sumber AC

Motor Listrik

Gambar 2.10. Interferensi Satu Alat dari Gangguan Beberapa Sumber Noise


Interferensi juga dapat terjadi dimana satu sumber noise mengganggu beberapa peralatan disekitarnya. Sebagai contoh dapat dilihat pada Gambar 2.11.

Jaringan Telepon

HP

Radio TV

Sumber AC

Gambar 2.11. Interferensi Beberapa Alat dari Gangguan Satu Sumber Noise Penerima interferensi elektromagnetik disebut juga dengan korban interferensi. Korban interferensi dapat dibedakan menjadi : 1. Korban interferensi alami, yaitu meliputi manusia, hewan dan tumbuhan. 2. Korban interferensi buatan manusia yang dapat dikategorikan dalam empat kategori, yaitu : •

Peralatan penerima komunikasi elektronik (navigasi, radar, pemancar)

•

Amplifier (video, audio)

•

Peralatn industri dan peralatan konsumen : alat – alat biomedis, radio, telefon, televisi, dll.

•

Bahaya radiasi : piranti elektro yang mudah meledak ( Electro Explosive Device / EED) dan bahan – bahan bakar.

Cara dasar untuk mencegah interferensi elektromagnetik antara lain : 1. Menekan emisi sumber 2. Membuat gandengan tidak efisien 3. Membuat penerima tidak peka terhadap emisi.


Untuk mengatasi masalah – masalah interferensi diatas perlu didesain peralatan yang mampu bertahan saat bekerja dilingkungan yang mengandung medan listrik dan medan magnet II.5.

RUANGAN

ANECHOIC

UNTUK

PENGUKURAN

INTERFERENSI

RADIASI

ELEKTROMAGNETIK DAN RADIASI SUSEPTIBILITAS ELEKTROMAGNETIK

II.5.1. Ruangan Anechoic

Dalam laboratorium atau dalam percobaan secara umum pengukuran interferensi adalah dengan menggunakan ruangan gelombang mikro ( microwave) anechoic. Isolasi ruangan ini mampu menahan gelombang hingga 100 dB dari lingkungan elektromagnetik. Ruangan ini tepat digunakan untuk pengukuran dengan sensitifitas yang tinggi pada level sinyal yang sangat rendah. Rungan ini biasanya memiliki ukuran 10,8 x 7,2 x 5,2 meter. Ukuran peralatan yang diukur dalam ruangan ini tidak lebih dari 0,5 meter. Gambar skematik dari ruangan gelombang mikro anechoic dapat dilihat pada Gambar 2.12.

Gambar 2.12. Ruangan Gelombang Mikro Anechoic Keterangan gambar : 1. Dinding metal 2. Pintu 3. Material penyerap gelombang mikro 4. Meja putar untuk rotasi azimuth 5. Meja kayu 6. Peralatan tes 7. Antena 8. Kabel penghubung instrumen 9. Panel penghubung


Struktur ruangan gelombang mikro terdiri dari dinding metal sebagai penutup (enclosure) yang diperisai. Dibagian dalam penutup (lantai, dinding, dan langit-langit) dibuat material penyerap, biasanya karbon yang dilapisi busa polyurethane yang berbentuk piramid seperti yang ditunjukkan Gambar 2.13.

Gambar 2.13. Karbon Dilapisi Busa Piramid Bahan absorbsi yang digunakan ruangan gelombang mikro anechoic sangat baik, dinding ruangan memiliki kemampuan menyerap daya yang besar pada frekuensi yang tinggi dan sedikit menyerap pada frekuensi yang rendah. Oleh karena itu pada frekuensi sekitar 200 MHz, dimensi kemampuan zona tes menjadi lebih akurat untuk merespon panjang gelombang pada frekuensi pengukuran. Kelemahan dari ruangan gelombang mikro anechoic adalah ruangan pengukuran interferensi ini terbatas pada frekuensi diatas 200 MHz. Ruang anechoic biasanya memiliki pintu untuk meletakkan peralatan, pengaturan, pengeluaran peralatan yang di tes ( Equipment Under Test / EUT ), antena dan peralatan lain yang digunakan dalam pengukuran. Unit pintu

didesain dengan baik dengan kontak metal pada semua sisi untuk menyediakan isolasi dari lingkungan elektromagnetik diluar ruangan dan didalam ruangan. Banyak kabel penghubung atau sumber daya yang diletakkan dalam ruangan gelombang mikro anechoic melalui panel khusus untuk mengisolasi medan elektromagnetik yang tinggi. Kabel sinyal RF dan aliran daya terhubung pada panel yang terpisah. Pada pengukuran yang canggih, lantai ruangan gelombang mikro anechoic mempunyai rel dari kayu platform yang menjulang. Peralatan yang diukur dapat diletakkan diatas platform. Platform tersebut dapat dipindah – pindah posisinya melalui rel. Seperti yang ditunjukkan pada

Gambar 2.14 berikut.


Gambar 2.14. Ruangan Anechoic dengan Lantai Kayu Platform

II.5.2. Pengukuran Menggunakan Ruangan Anechoic a. Pengukuran Radiasi Elektromagnetik

Pengukuran radiasi emisi dapat diukur dengan peralatan tes seperti pada Gambar 2.15. Pengukuran instrumen dilakukan didalam ruangan yang diperisai yang disebut dengan ruangan anechoic . Pengukuran ini diperlukan untuk pengukuran sinyal yang lemah.

Gambar 2.15. Skema Pengukuran Radiasi Emisi Keterangan gambar : 1. Ruangan anechoic diperisai 2. Anteroom untuk instrumen tes 3. Material penyerap energi elektromagnet 4. Meja putar untuk rotasi azimuth 5. Meja kayu 6. Peralatan yang di tes 7. Antena penerima interferensi elektromagnet 8. Kabel RF yang dikalibrasi 9. Panel penghubung


10. Amplifier dinamis tinggi 11. Interferensi elektromagnet meter 12. Instrumen kontrol interferensi elektromanet meter dan kontrol peralatan lain 13. Plotter.

Peralatan yang di tes diberi sumber tegangan dari power supply yang terletak di lantai ruangan anechoic. Jarak pengukuran D biasanya 1 meter, 3 meter atau 10 meter. Antena penangkap dihubungkan melalui panel penghubung. Sistem tersebut untuk mengukur radiasi emisi. b. Pengukuran Radiasi Suseptibilitas

Sistem skematik untuk mengukur radiasi suseptibilitas dari suatu alat atau peralatan dapat dilihat pada Gambar 2.16.

Gambar 2.16. Skematik Pengukuran Radiasi Suseptibilitas Keterangan gambar : 1. Ruangan anechoic diperisai 2. Anteroom untuk instrumen tes 3. Material penyerap energi elektromagnet 4. Meja putar untuk rotasi azimuth 5. Peralatan yang di tes 6. Antena pemancar radio frekuensi (RF) 7. Kabel RF yang di kalibrasi 8. Panel penghubung 9. RF power amplifier 10. Generator sinyal RF.


Pada pengukuran ini, tidak diperlukan menempatkan transmitter (generator sinyal dan amplifier) pada penutup (enclosure) yang terperisai. Pada pengukuran secara umum, radiasi daya dari antena naik dari level yang ditetapkan, dan yang diamati adalah kegagalan kerja peralatan yang disebabkan oleh radiasi suseptibilitas. Tes ini biasanya diperlukan pengulangan untuk frekuensi tertentu dan level daya tertentu. Ruangan anechoic yang ideal memiliki jarak yang bebas antara peralatan yang di tes dengan antena tansmisi/penerima. Refleksi dinding ruangan menembus medan yang dihasilkan radiasi dari peralatan yang di tes saat peralatan tes tesebut menjadi subjek tes radiasi emisi. Kuat medan magnet merupakan vektor penjumlahan semua medan elektromagnetik yang dihasilkan oleh radiasi peralatan dan semua refleksi dari dinding ruangan. Saat pengetesan radiasi suseptibilitas peralatan, medan elektromagnetik pada peralatan adalah penjumlahan semua medan dari antena transmisi dan semua refleksi dari semua dinding ruangan. Pada saat semua ruangan anechoic bebas dari refleksi, penguatan ( gain / G) antena transmisi dimisalkan GTX, dan daya P TX, daya penerima P RX, penguatan antena penerima G RX, maka dapat dibuat dalam persamaan :

............................................ 2.1.

Dari persamaan diatas, f merupakan frekuensi pengukuran dalam MHz D merupakan jarak antara antena transmisi dan antena penerima. Pasangan untuk pengukuran antena dan frekuensi sesuai persamaan :

..........................................................2.2.

Parameter PRX / PTX untuk fungsi D dapat diukur dalam ruangan anechoic dengan pasangan antena transmisi dan antena penerima. Masukan dipasangkan pada antena transmisi, dan antena penerima dipasangkan pada penerima. Berdasarkan pengukuran National Institute of Standards and Technology (NIST), diperoleh hasil penyimpangan karakteristik dari ideal

1/D2 sesuai dengan persamaan 2.2. Penyimpangan tersebut dapat dilihat pada Gambar 2.17. Percobaan tersebut dilakukan untuk jarak 1 meter.


Gambar 2.17. Grafik Penyimpangan Karakteristik Daya dan Jarak

II.6. PERISAIAN UNTUK MENGURANGI INTERFERENSI II.6.1. Teori Perisaian ( shielding)

Perisaian adalah teknik untuk mengurangi atau mencegah gandengan radiasi energi elektromagnetik yang tidak diinginkan pada suatu peralatan sehingga tidak menimbulkan lingkungan elektromagnetik. Tujuan dari perisaian elektromagnetik adalah meredam interferensi elektromagnetik antara sumber noise dengan piranti yang peka dan terpengaruh sumber. Salah satu cara menjelaskan bagaimana perisaian bekerja adalah, medan interferensi elektromagnetik mempengaruhi sirkulasi arus didalam perisai, dan medan timbul karena sirkulai arus yang melawan medan interferensi elektromagnetik, kemudian daerah medan pada benda yang di perisai menjadi berkurang. Spesifikasi perisaian adalah sebagai berikut : 

Perisaian pelepasan muatan listrik ( electrostatic discharge / ESD ) adalah proses pembatasan aliran arus listrik yang berlebih pada saat pengisian muatan listrik. Tipe material untuk perisai ESD adalah semikonduktor.



Perisaian interferensi elektromagnetik adalah proses mencegah induksi radiasi elektromagnetik, yang merupakan emisi rangkaian listrik yang dibawa dengan cepat mengganti sinyal, seperti yang dihasilkan pada operasi normal rangkaian yang menimbulkan sinyal yang tidak diinginkan. Hal ini dapat dicapai dengan memisahkan rangkaian dengan bahan penghalang pada material konduktif.




Perisaian interferensi frekuensi radio adalah proses mencegah radiasi elektromagnetik frekuensi radio dari satu rangkaian ke rangkaian lainnya dengan memisahkan bahan penghalang dari material konduktif. Hal ini dapat dicapai dengan memisahkan rangkaian dengan bahan penghalang pada material konduktif.

Perisai interferensi elektromagnetik dan frekuensi radio terbuat dari karet, metal, plastik, tekstil, dan campuran material lain. Banyak tipe produk yang dihasilkan seperti lem, cat, mantel, paking ( gasket ), perisai magnetik, dan material khusus. Sedangkan bentuk perisaian yang dilakukan adalah : 

Perisai kabel, digunakan untuk melindungi interferensi elektromagnetik yang keluar dan masuk kabel.



Perisai efektifitas, kemampuan relatif perisai untuk menyaring medan listrik, medan magnet dan gelombang pesawat yang tidak diinginkan. Pengukuran yang dilakukan adalah rasio dari sinyal yang diterima tanpa perisai dibagi dengan sinyal yang diterima dalam perisai.



Perisai gasket, bahan yang mempertahankan perisai efektifitas pada celah di dalam penutup (enclosure) elektronik. Gasket terbuat dari berbagai bahan, seperti busa yang terbungkus kain, kawat mesh, logam dan elastomer.



Perisai ruangan, ruangan yang terbuat bebas dari interferensi dengan menerapkan perisai kelantai, dinding, langit-langit dan dengan menekan interferensi yang masuk melalui saluran listrik. tipe konstruksi perisai dari 70dB hingga 140dB, dari 10kHz sampai 10GHz.



Perisai windows yang terperisai, perisaian ini dicapai dengan menggunakan film tipis dilakukan pada kaca atau kawat halus.



Perisai listrik, suatu proses mencegah radiasi dari kopling masuk atau keluar dari daerah yang telah ditentukan. Bahan perisai selalu logam, plastik logam (pelapis konduktif) atau campuran konduktif.



Perisai kain,

kain terbuat dari benang logam atau benang, kain dilapisi benang

konduktif. 

Perisai kertas perak dan kertas, biasanya digunakan untuk perisai dan landasan. Perekat perisai ini biasa didukung dengan kotak nonkonduktif, lemari dan dinding.


Perisaian ini dapat dilakukan pada konduktor, pada rangkaian elektronik maupun sistem. Ada 2 tujuan perisaian, yaitu : 1. Mencegah emisi suatu sistem atau rangkaian elektronik agar tidak menimbulkan radiasi yang melewati batas yang telah ditentukan. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.18.

Gambar 2.18. Perisaian Untuk Mencegah Emisi Sistem Keluar Dari Batas Perisai 2. Mencegah radiasi emisi diluar sistem agar tidak menimbulkan interferensi pada sistem yang dilindungi. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.19.

Gambar 2.19. Pencegahan Emisi Radiasi Dari Luar Sistem Perisai dibuat dengan melatakkan sebuah penghalang metal didalam alur gelombang elektromagnetik antara emitor (sumber) dan receptor (penerima). Gelombang elektromagnetik, menembus penghalang metal, dari pengalaman para ahli impedansi dalam dari penghalang metal tersebut adalah :

............................................2.3. Zm = impedansi dalam penghalang metal μ0

= permitifitas ruang hampa

σ

= arus konduksi

Hasil impedansi biasanya rendah untuk konduktor yang baik pada frekuensi dibawah frekuensi daerah optik.


Teori perisaian berdasarkan bentuk transmisi dari refleksi dan absorbsi metal seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.20. Gelombang elektromagnetik dari emitor sebagian direfleksikan dari perisai yang impedansinya rendah karena impedansi tidak sepadan antara gelombang dengan perisai. Sebagian sisanya ditransmisikan menembus perisai setelah sebagian diserap oleh perisai. Ada juga multi refleksi pada material perisai saat rugi absorbsi sangat kecil. Total perisaian effektif SE(dB) pembatas konduktor padat dapat dinyatakan sebagai penjumlahan rugi refleksi αR(dB), rugi absorbsi α A(dB) dan rugi – rugi refleksi internal α IR(dB). Sehingga dapat dituliskan :

...........................................2.4.

Gambar 2.20. Refleksi dan Absorbsi Gelombang Elektromagnetik Ada perbedaan antara teori perisaian dengan prakteknya. Bentuk praktek perisaian tergantung pada parameter seperti frekuensi, jarak sumber interferensi dengan dinding perisai, polarisasi perisai, diskontinuitas didalam perisai, dimana ditemukan rasio ko mponen tangensial dari medan listrik E dan medan magnet H yang dapat dituliskan dalam persamaan:

.................................................................2.5. Untuk medan listrik E, gelombang impedansi sangat luas. Sedangkan untuk medan magnet H, gelombang impedansi sangat kecil. Pada Gambar 2.21 menunjukkan variasi impedansi untuk medan listrik dan medan magnet dan fungsi jarak dari sumber.


Gambar 2.21. Variasi Gelombang Impedansi Pada Fungsi Jarak Perisaian efektif SE pada medan ini dapat ditentukan rasio daya pada penerima tanpa penghalang dan dengan penghalang :

...........................................2.6. ..........................................2.7.

............................................2.8. Dari ketiga pesamaan 2.6, 27, 2.8, indeks 1 adalah untuk penerima tanpa perisai penghalang, dan indeks 2 adalah untuk penerima dengan perisai penghalang antara emitor dan suseptor. Bentuk perisai ada 3, yaitu : 1. Perisai tunggal Perisai tunggal digunakan untuk konduktor yang frekuensinya dibawah frekuensi optik. Arus konduksi normal lebih besar dibandingkan arus jarak dimana σ >> ωε 0. Parameter listrik dari metal untuk terjadinya gelombang elektromagnetik pada sudut θ i adalah : Konstanta propagasi didalam metal : ................................................2.9.


Konstanta peredaman didalam metal :

....................................................2.10. Dari defenisi yang ada, maka rugi refleksi dapat dirumuskan dengan :

..............................2.11. dimana T adalah koefisien net transmisi yang menembus perisai ν adalah rasio impedansi dari terjadinya gelombang elektromagnetik. Rugi absorbsi gelombang yang menembus perisai dengan tebal t adalah :

..................................................2.12. Rugi releksi internal dapat dirumuskan dengan :

..............................2.13 Rugi refleksi internal dapat diabaikan untuk kasus saat rugi absorbsi α A lebih besar dari 15dB. 2. Perisai laminasi multimedia Perisai laminasi multimedia dapat dilihat pada Gambar 2.22.

Gambar 2.22. Perisai Laminasi Multimedia


Pada Gambar 2.22 diatas dapat dilihat n jumlah perisai dari impedansi Zm1 , Zm2 , ...Zmn termasuk kedua metal dan celah udara. Total rugi refleksi dapat dinyatakan sebagai penjumlahan rugi – rugi refleksi untuk tiap penghubung. Secara matematis dapat dituliskan :

.......2.14.

Rugi peredaman dari tiap laminasi adalah penjumlahan untuk n laminasi :

.................................2.15. αn dan t n adalah konstanta peredaman dan tebal ke n laminasi. Rugi refleksi pada metal - metal merupakan penghubung yang mandiri dari frekuensi. Fungsi frekuensi untuk hubungan metal – udara. Dapat dilihat bahwa perisaian efektif dari perisai multimedia dapat ditingkatkan dengan mengontrol impedansi material dan ketebalan.

Internal refleksi dapat diistilahkan dengan persamaan :

...........2.16. Dimana

.............................2.17.


.......................................2.18. dimana Zmtn adalah impedansi yang terlihat benar pada bagian ini. 3. Perisai isolasi ganda Pada perisai enclosure yang besar, perisaian yang sangat tinggi biasanya dibuat dengan isolasi ganda lembar metal konduksi yang dipisahkan oleh sudut dalam yang terbuat dari kayu lapis yang kering, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.23.

Gambar 2.23. Perisai Isolasi Ganda Kayu lapis tidak boleh mengandung air, dan dapat dipertimbangkan seperti rugi dielektrik yang kecil dengan konduktifitas nol. Absorbsi pada kayu kering dapat dianggap sangat kecil. Sudutnya dapat dianggap sebagai material isotro pis homogen dari permitivitas dielektrik ε 2 dan permeabilitas ruang hampa μ0. Komponen perisai dapat dibuat dalam persamaan :

......................2.19.

..........................................................2.20


...............................2.21. Rugi – rugi refleksi medan dapat dinyatakan dalam persamaan :

................................2.27. Dan

.........................2.28. Dimana μr adalah permeabilitas relatif dengan acuan udara Σr adalah konduktifitas relatif dengan acuan tembaga f adalah frekuensi dalam Hz r adalah jarak antara sumber dengan perisai penghalang dalam meter. II.6.2. Perisaian Material

Pada semua frekuensi , refleksi medan magnet impedansi rendah dari konduktor listrik impedansi rendah sangat kecil. Oleh karena itu, medan magnet dicoba untuk memasukkan konduktor dan eksponensial yang teredam didalam konduktor. Perisaian medan magnet tergantung pada rugi absorbsi. Pemilihan material feromagnetik (μ) harus sesuai. Pada medan listrik dengan impedansi tinggi, refleksi dari sebuah dinding metal impedansi rendah yang semakin naik dengan rugi absorbsi, menyediakan perisai yang lebih baik untuk medan listrik. Oleh karena itu, untuk medan listrik material harus memiliki konduktifitas yang tinggi untuk perisaian. Pada Tabel 2.3 dapat dilihat material perisai dengan konduktifitas, permeabilitas, dan kegunaannya. Dimana diketahui konduktifitas tembaga = 7 7 5,8x10 mhos/m dan permeabilitas udara 4π x10 henry/m


Tabel 2.3. Material Perisai

MATERIAL

KONDUKTIFITAS

PERMEABILITAS

DENGAN ACUAN

RELATIF DENGAN

TEMBAGA

ACUAN UDARA

KEGUNAAN

Mu-metal

0,03

80.000

Dinding perisai

Besi

0,17

1.000

Dinding perisai

Baja

0,10

1

Dinding perisai

Perak

2,05

1

Kontak plating

Tembaga

1,0

1

Dinding perisai

Emas

0,70

1

Kontak plating

Aluminium

0,61

1

Dinding perisai

Seng

0,29

1

Sheet plating

Kuningan

0,26

1

Pinggiran roda

Posfor perunggu

0,18

1

Kontak spring

Monel

0,04

1

Gasket

II.6.3. Perisaian Kabel

Perisai kabel diperlukan untuk mencegah emisi keluar dari gelombang elektromagnet pada kabel, dan / atau untuk memproteksi sinyal konduktor dari interferensi eksternal. Per isaian efektif dari pemberian perisai kabel instalasi akan bergantung pada interferensi elektromagnetik yang alami yang akan di perisai dan tipe terminal pada dua ujungnya. Untuk supply daya dan untuk pembawa data antara subsistem, ada beberapa kabel yang telah dipilih. Kabel data harus dipilih karena kabel data atau kabel sinyal membawa sinyal broad band , naik pada rata – rata frekuensi yang tinggi, kabel – kabel tersebut perlu diperisai untuk meminimalkan radiasi kopling dan pada waktu yang bersamaan impedansi perlu dikontrol. Kabel twinax adalah dua wayar yang dipilin seimbang dengan perisai ditanahkan, dan menggunakan frekuensi diatas 10MHz, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.24.


Gambar 2.24. Kabel Twinax Pilinan wayar mencegah tegangan

noise induksi yang disebabkan oleh kebocoran medan

magnet frekuensi rendah yang menembus tembaga. Kabel Quadrax adalah kabel twinax dengan perisai ganda, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.25.

Gambar 2.25. Kabel Quadrax Bagian luar perisai dibumikan dan bagian dalam perisai terhubung kesistem pembumian. Kabel Coax adalah kabel tunggal yang bagian luarnya diperisai dua konduktor menggunakan frekuensi 20 – 50KHz. Perisai dapat berbentuk silindris atau lilitan wayar yang diperisai dan dibumikan pada banyak titik pada frekuensi tinggi, dan pada satu titik pada frekuensi rendah. Kabel triax juga merupakan kabel coax dengan perisai yang diisolasi dari sinyal balikan perisai, seperti pada Gambar 2.26.

Gambar 2.26. Kabel Triax


Karena konduksi material perisai terbatas dan ketebalannya sangat kecil, medan elektromagnet menembus melalui perisai dan arus induksi didalam aliran. Oleh karena itu perisaian efektif yang terbatas dari perisai kabel dibutuhkan untuk mengevaluasi teori dengan praktek. Sejak terjadi kesulitan dalam akurasi pengukuran didalam medan sebuah kabel perisai, dan tegangan pengukuran pada terminal lain bergantung pada tipe terminal dan tingkat ketidak sepadanan pada ujung terminal transmisi dan rugi – rugi transmisi, definisi dari perisaian efektif menggunakan rasio medan sebelum dan sesudah perisaian, atau rasio induksi tegangan tanpa dan dengan perisai. Oleh karena itu, pengukuran perisaian efektif di nyatakan dalam transfer impedansi dari perisai kabel. Transfer impedansi dari kabel dengan arus I s mengalir pada permukaan perisai menuju tegangan induksi longitudinal V i per unit panjang pada sisi luar permukaan, seperti pada Gambar 2.27.

Gambar 2.27. Model Kopling Transfer Impedansi pada Kabel Koaksial Pelindung arus Is mungkin hasil dari kejadian medan diluar atau perbedaan potensial tanah antara dua ujung kabel. Dinyatakan dengan persamaan :

.........................................................2.24. dimana Zt adalah transfer impedansi dari kabel yang diperisai dan dinyatakan dalam ohm. Jika perisai baik nilai Zt kecil. Pada frekuensi rendah dibawah 100kHz, Zt pada kenyataannya sama pada perisai DC resistansi RDC. Zt cocok untuk induktansi bocor pada frekuensi tinggi diatas 10MHz.


Transfer impedansi terdiri dari : 1. Komponen difusi Z r dengan menghubungkan arus perisai kemedan listrik longitudinal menyebabkan konduktifitas terbatas dari perisai pipa ekivalen. 2. Kopling induktansi Lt dinyatakan sebagai penjumlahan untuk kopling medan magnet. 3. Kulit induktansi Ls menghasilkan medan magnet yang menembus perisai. ....................................2.25. Untuk perisaian yang baik dengan kabel tunggal, transfer impedansi dapat dikurangi dengan membungkus sebuah band metal (biasanya aluminium) atau sebuah penutup konduktif (biasanya polycarbonat ) diatas lilitan kabel untuk mengurangi kopling induktansi Lt . Untuk perisai kabel yang berbentuk pipa, seperti pada Gambar 2.28, tranfer impedansi dinyatakan dalam persamaan :

...............2.26. dimana a adalah radius dalam medan t adalah tebal dinding σ adalah konduktifitas perisai δ adalah tebal kulit perisai

Gambar 2.28. Perisai Berbentuk Pipa


II.6.4. Perisaian Konduktor

Gandengan kapasitif antara dua konduktor secara sederhana dapat dilihat pada Gambar 2.29. Dari Gambar 2.23 dapat dilihat rangkaian fisik terdiri dari dua konduktor yang dibatasi oleh dielektrik udara. Rangkaian tersebut membentuk sebuah kopling kapasitif.

1

2 konduktor

1

C12

2

C12

Vn

R Vn

V1 C2g

R

C1g

V1

(a)

C2g

C1g

(b)

Gambar 2.29. (a) Gandengan Kapasitif Antara Dua Konduktor (b)Rangkaian Ekivalen Gandengan Kapasitif Antara Dua Konduktor

Keterangan : C12

= Kapasitansi sasar antara konduktor 1 dan 2

C1g

= Kapasitansi antara konduktor 1 dengan tanah

C2g


R

= Resistansi rangkaian 2 ke tanah, bukan merupakan komponen sasar tetapi resistansi rangkaian yang berhubungan dengan rangkaian 2

V1

= Sumber interferensi

Vn

= Tegangan noise yang dihasilkan oleh V1 diantara konduktor 2 dengan tanah


Tegangan noise Vn yang dihasilkan antara konduktor 2 dengan tanah dapat dicari dengan menggunakan rumus : Vn =

jω [C 12 /(C 12 + C 2 g )] jω + 1 / R (C 12 + C 2 g )

V 1

………………………………..2.27

Jika resistansi dari konduktor 2 ke tanah lebih kecil dari impedansi kapasitansi sasar C12 dan C2g atau secara matematis dapat dituliskan :

R 〈〈

1 jω (C 12 + C 2 g )

Maka persamaan 2.27 dapat dituliskan menjadi :

Vn = jω RC 12V 1 ………………………………………….2.28

Pada persamaan 2.28 dapat dilihat tegangan noise secara langsung naik pada frekuensi (ω = 2 π f) dari sumber noise. Jika resistansi dari konduktor 2 ketanah lebih besar dari impedansi kapasitansi sasar C12 dan C2g atau secara matematis dapat ditulis : R〉〉

1 jω (C 12 + C 2 g )

Maka persamaan 2.27 dapat ditulis menjadi :

 C 12  V 1 …………………………………….2.29 C C g 12 + 2  

Vn = 

Jika perisaian dibuat pada konduktor 2, yang dapat dilihat pada Gambar 2.30, maka dapat ditentukan tegangan pick up dari perisaian tersebut.


1

Shield

2 C1s

1

2 C1s

C2s

V1

Vs

Vs C1g Csg C1g

C2s Csg

V1

(b) (a)

Gambar 2.30. (a). Perisaian Kopling Kapasitif (b). Rangkaian Ekivalen Perisaian Kopling Kapasitif Keterangan : C1s

= Kapasitansi sasar antara konduktor 1 dan 2 yang berperisai

C1g


Csg

= Kapasitansi antara konduktor 2 yang berperisai dengan tanah

C2s

= kapasitansi antara konduktor 2 dengan perisai

V1


Vs

= Tegangan pick up yang dipikul perisai

Rangkaian penerima atau konduktor 2 memiliki resistansi tidak terbatas ke tanah. Jika perisaian ditempatkan pada konduktor 2, persamaan Gambar 2.30 menjadi

ω

=

1 R (C 12 + C 2 g )

………………………………………2.30.

Tegangan pick up yang dipikul oleh perisai adalah

 C 1s  V 1 ……………………………………2.31. C s Csg 1 +  

Vs = 


Jika tidak ada arus yang mengalir pada C2s atau arus C2s sama dengan nol, maka tegangan pick up pada konduktor 2 sama dengan tegangan noise. Vs = Vn Biasanya dalam praktek inti konduktor dibuat melebihi panjang perisai, yang dapat dilihat pada Gambar 2.31. Dalam gambar terdapat C12 dan C2g, dimana C12 dan C2g ada karena ujung-ujung dari konduktor 2 panjangnya melebihi perisai. Kejadian ini sama halnya dengan perisai ditanahkan, sehingga ada tegangan noise yang dikopel (digandeng) pada konduktor 2. Besar dari tegangan noise yang dipikul oleh konduktor 2 adalah :

  C 12 V 1 ………………………....(6) 12 2 2 C C g C s + +  

Vn = 

C12

2

1

Shield C1s

1

2 C1s

C2s Vn Vn

V1

C12

Csg

C1g

C2s

C2g

C1g Csg V1 C2g

(b) (a)

Gambar 2.31. (a). Perisaian Gandengan Kapasitif dengan Perisai Ditanahkan (b). Rangkaian Ekivalen Perisaian Gandengan Kapasitif dengan Perisai Ditanahkan Keterangan : C1s

= Kapasitansi sasar antara konduktor 1 dan 2 yang berperisai

C1g


Csg

= Kapasitansi antara konduktor 2 yang berperisai dengan tanah

C2g

= Kapasitansi antara konduktor dua dengan tanah


C12

= Kapasitansi sasar antara konduktor 1 dan 2

C2s

= kapasitansi antara konduktor 2 dengan perisai

V1


Vn

= Tegangan noise

Untuk perisaian medan listrik yang baik perlu dilakukan : 1. Meminimalkan panjang inti konduktor yang panjangnya melebihi perisai. 2. Melakukan pembumian perisai dengan baik.

Apabila konduktor 2 (konduktor penerima) yang diperisai memiliki resistansi yang terbatas ke tanah, maka gandengan tegangan noise di konduktor 2 memiliki nilai yang berbeda. Gambar 2.32 menunjukkan sirkit gandengan kapasitif dengan penerima diberi perisai yang memiliki resistansi terbatas terhadap tanah.

C12

2

1

Shield C1s

1

2 C1s

C2s Vn Vn

V1

C12

Csg

C1g

C2s

R C2g

C1g Csg V1 R

C2g

(b) (a)

Gambar 2.32. (a). Perisaian Gandengan Kapasitif dengan Resistansi Terbatas (b). Rangkaian

Ekivalen

Perisaian

Gandengan

Kapasitif

dengan

Resistansi Terbatas


teori dasar elektromagnetik

Recommend Documents