teori dasar elektromagnetik

BAB II

TEORI DASAR KESESUAIAN ELEKTROMAGNETIK

II.1 UMUM

Penggunaan peralatan listrik, elektronik dan 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 tangga 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

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 12 2E

medan listrik

V

Z

Impedansike tanah

V

Z

C

(a) (b)

Gambar 2.1. (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.


I

Konduktor 1 dengan arus I

Konduktor 2

M121 2

V = jwM12I

(a) (b)

Gambar 2.2. (a). 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 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 medan listrik 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

Microwave 3.109 -1011 Hz 10 cm – 3 mm

Millimetre Wave 1011 -1012 Hz 3 mm – 0,3 mm

Infrared 1012(6.1014) Hz 0,3 mm – 0,5 μm

Light (6.1014) - (8.1014) Hz 0,5 μm - 0,4 μm

Ultra-Violet (8.1014) - 1017 Hz 0,4 μm – 10-9 m

X-Rays (1017 - 1019)Hz 10-9 m - 10-3 m

Gamma Rays > 1019 Hz < 10-3 m

Gelombang elektromagnetik dapat 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 tergantung 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)

Emisi Elektromagnetik(pemancaran energi gangguan)

Suseptibilitas / Peka Elektromagnetik(interferensi)

Dari DalamSistem

Dari Sistem Lain

Dari Sistem Sendiri

Kesesuaian Intern sistem

kesesuaian Intra sistem

Dari Sistem Lain

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)

gandengan(transfer) penerima

Gambar 2.4 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 Diinginkan(sinyal)

Emisi yang Tidak Diinginkan(gangguan)

Alur Gandeng yang Diharapkan

Lingkungan Elektromagnetik

Dalam Daerah Gangguan

Dekat Daerah Gangguan

Jauh Dari Daerah Gangguan

Piranti Peka

Alur Gandeng yang Tidak Diharapkan

Alur Gandeng yang Diharapkan

Alur Gandeng yang Tidak Diharapkan

Diluar Daerah Gangguan

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)Noise Natural

Sistem Rangkaian dan Komponen Terrestrial CelestialKomunikasi/Radar/Navigasi peralatanSistem peneranganPemanasan otomotifPeralatan industriDaya tarik elektrikPeralatan rumah tangga

seperti oven microwave, mixer, vacum clener, dll.

Osilator localPensaklaranMotorFilterReleElemen rangkaian nonlinearCircuit breakerSistem magnetikRangkaian logika digitalKorona

AtmosferKilat Noise solarPelepasan muatan

elektromagnetik

Noise kosmik/galaksi

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

Osilator

RFAmplifier

Mixer IFAmplifier Detektor

AudioAmplifier

SpeakerPowerSupply

Kopling medan listrik

Kopling medan magnet

Kopling konduktif

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.

Radio

Motor Listrik

Saluran Transmisi

Pemancar TV dan

Radio

Petir

Sumber AC

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.

Radio

Sumber AC

TV

HP

Jaringan Telepon

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


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


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 PTX, daya penerima PRX, penguatan antena penerima GRX, 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 αA(dB) dan rugi – rugi refleksi internal αIR(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 komponen 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 >> ωε0. Parameter listrik

dari metal untuk terjadinya gelombang elektromagnetik pada sudut θi 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 αA 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 tn 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 isotropis homogen dari permitivitas dielektrik ε2 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 =

5,8x107 mhos/m dan permeabilitas udara 4π x107 henry/m


Tabel 2.3. Material Perisai

MATERIAL

KONDUKTIFITAS

DENGAN ACUAN

TEMBAGA

PERMEABILITAS

RELATIF DENGAN

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. Perisaian

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 Is mengalir

pada permukaan perisai menuju tegangan induksi longitudinal Vi 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 Zr 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.

C1gV1

C12

C2gR

Vn

konduktor

V1

C12

RVn

C1g C2g

(a) (b)

1 2

1 2

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


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 :

1)212(/1

)]212/(12[ VgCCRj

gCCCjVn+++

=ωω ………………………………..2.27

Jika resistansi dari konduktor 2 ke tanah lebih kecil dari impedansi kapasitansi sasar C12 dan

C2g atau secara matematis dapat dituliskan :

)212(

1gCCj

R+

⟨⟨ω

Maka persamaan 2.27 dapat dituliskan menjadi :

112VRCjVn ω= ………………………………………….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 :

)212(1

gCCjR

+⟩⟩

ω

Maka persamaan 2.27 dapat ditulis menjadi :

1212

12 VgCC

CVn

+

= …………………………………….2.29

Jika perisaian dibuat pada konduktor 2, yang dapat dilihat pada Gambar 2.30, maka dapat

ditentukan tegangan pick up dari perisaian tersebut.


C1g

V1

C1s

Csg

Vs

(a)

12

V1

C1s

C1gCsg

(b)

12

Vs

Shield

C2s

C2s

Gambar 2.30. (a). Perisaian Kopling Kapasitif

(b). Rangkaian Ekivalen Perisaian Kopling Kapasitif

Keterangan :

C1s = Kapasitansi sasar antara konduktor 1 dan 2 yang berperisai


Csg = Kapasitansi antara konduktor 2 yang berperisai dengan tanah

C2s = kapasitansi antara konduktor 2 dengan perisai


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

)212(1

gCCR +=ω ………………………………………2.30.

Tegangan pick up yang dipikul oleh perisai adalah

11

1 VCsgsCsCVs

+

= ……………………………………2.31.


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 :

12212

12 VsCgCC

CVn

++

= ………………………....(6)

C1g

V1

C1s

Csg

Vn

(a)

1 2

V1

C1s

C1gCsg

(b)

12

Vn

Shield

C12

C2g

C2s

C2s

C2g

C12

Gambar 2.31. (a). Perisaian Gandengan Kapasitif dengan Perisai Ditanahkan

(b). Rangkaian Ekivalen Perisaian Gandengan Kapasitif dengan Perisai

Ditanahkan

Keterangan :




C2g = Kapasitansi antara konduktor dua dengan tanah





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.

C1g

V1

C1s

Csg

Vn

(a)

1 2

V1

C1s

C1gCsg

(b)

12

Vn

Shield

C12

C2g

C2s

C2s

C2g

C12

R

R

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

(b). Rangkaian Ekivalen Perisaian Gandengan Kapasitif dengan

Resistansi Terbatas


Keterangan :




C2g = Kapasitansi antara konduktor dua dengan tanah



R = Resistansi konduktor 2 ke tanah


Vn = Tegangan noise

Jika

)2212(

1sCgCCj

R++

⟨⟨ω

Maka tegangan noise yang dikopel (di gandeng ) pada konduktor 2 adalah :

112VRCjVn ω= …………………………..…..…............2.33


teori dasar elektromagnetik

Documents