BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1
MEDAN LISTRIK STATIS Medan listrik statis merupakan medan listrik yang ditimbulkan oleh
muatan diam atau tidak bergerak dalam suatu ruangan tertentu. Besar medan listrik yang dihasilkan salah satunya tergantung pada bentuk dan jarak antar muatan tersebut.
2.1.1
Hukum Eksperimental Coulomb
Coulomb menyatakan bahwa gaya yang terdapat di antara dua buah objek yang sangat kecil yang berada di dalam ruang hampa dan saling sipisahkan oleh jarak yang relatif besar dibandingkan ukurannya, sebanding dengan muatan pada masing-masing objek dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua buah objek, atau :
F=
(2.1)
Dimana : Q1 dan Q2 merupakan muatan bertanda positif atau negatif pada kedua objek. R adalah jarak pemisah antara kedua objek. k adalah konstanta pembanding. Dalam Sistem Internasinal (SI) , Q diukur dalam Coulomb (C), R dalam meter (m), dan F dalam Newton (N). Nilai konstanta pembanding k dapat diperoleh dari :
k=
(2.2)
5
Konstanta baru
disebut permitivitas ruang hampa, dan memiliki magnitudo
yang diukur dalam Farad per meter ( F/m) sebesar :
= 8,854 x 10-12 =
10-9
F/m
(2.3)
Sehingga hukum Coulomb dapat ditulis sebagai berikut :
F=
(2.4)
Jika hukum Coulomb pada persamaan 2.4 dituliskan dalam bentuk vektor maka Kolonel Coulomb menyatakan bahwa gaya yang bekerja sejajar garis yang menghubungkan kedua muatan Q1 dan Q2, bersifat tolak-menolak jika muatannya bertanda sama, dan bersifat tarik-menarik jika tanda muatannya berlawanan. Vektor ditunjukkan dalam gambar 2.1. Vektor F2 adalah gaya yang bekerja pada muatan Q2, dan diperlihatkan untuk kasus dimana muatan Q1 dan Q2 memiliki tanda yang sama. Bentuk vektor dari Hukum Coulombnya adalah sebagai berikut : .
a12
F2=
(2.5)
Dimana a12 adalah vektor satuan pada arah R12 , atau :
a12 =
=
=
(2.6)
6
Gambar 2.1 Jika muatan Q1 dan Q2 memiliki tanda yang sama, arah vektor gaya F2 dan Q2 sama dengan arah vektor R12.
2.1.2
Intensitas Medan Listrik
Dengan mengamati sebuah muatan Q1 yang diam di suatu titik, dan menggerakkan sebuah muatan uji Qt secara perlahan-lahan mengelilingi muatan Q1, maka di setiap titik di sekitar Q1 ada gaya yang akan bekerja pada muatan uji Qt. Gaya yang bekerja pada muatan uji Qt ini dituliskan oleh hukum coulomb sebagai berikut :
Ft =
a1t
(2.7)
Jika ditulis sebagai gaya yang bertumpu pada satu satuan muatan, maka persamaan 2.7 akan menjadi :
=
a1t
(2.8)
7
Besaran pada ruas kanan dalam persamaan 2.8 hanya fungsi dari Q1 dan segmen garis yang arahnya dari Q1 ke posisi muatan uji Qt. Fungsi ini mendefenisikan medan vektor yang disebut sebagai intensitas medan listrik. Intensitas medan listrik sebagai gaya yang dialami oleh sebuah muatan uji bernilai satu satuan muatan positif. Intensitas medan listrik harus diukur dalam besaran Newton per Coulomb (N/C) yaitu dimensi gaya per satuan muatan listrik. Dengan menggunakan huruf kapital E untuk melambangkan intensitas medan listrik, dapat ditulis sebagai berikut : E= E=
(2.9)
a1t
(2.10)
Persamaan 2.9 merupakan persamaan definisi bagi intensitas medan listrik, dan persamaan 2.10 merupakan persamaan untuk intensitas medan listrik yang ditimbulkan oleh sebuah muatan titik Q1 di dalam ruang hampa/vakum. Sedangkan persamaan untuk bentuk-bentuk distribusi muatan yang lebih kompleks akan berbeda-beda sesuai dengan keberadan muatan pada sebuah garis, bidang/permukaan, dan volume.
2.1.3 a.
Medan Listrik Oleh Muatan Lempeng/Pelat Medan Listrik Oleh Sebuah Lempeng/Pelat Distribusi muatan pada sebuah lempeng yang luasnya tak
terhingga, dengan kerapatan muatan permukaan lempeng (ρs) yang seragam di seluruh permukaan lempeng. Untuk menjelaskan distribusi muatan ini dibutuhkan sistem koordinat kartesius tiga dimensi (x, y, z) dan bebas meletakkan sebuah lempeng di bidang mana saja. Pada gambar 2.2
8
sebuah lempeng diletakkan pada bidang yz. Medan listrik yang dihasilkan pada arah y maupun z tidak akan berubah-ubah atau bukan merupakan fungsi y maupun z. Komponen-komponen y dan z yang dihasilkan oleh elemen-elemen muatan yang saling simetris terhadap titik medan akan saling meniadakan. Sehingga medan listrik hanya ada pada sumbu x (Ex), dan komponen ini adalah fungsi dari koordinat x semata. Pada permukaan tak terhingga dibagi-bagi menjadi pita-pita muatan yang emiliki lebar diferensial (sangat kecil hingga mendekati nol). Salah satu pita diperlihatkan pada gambar 2.2. Kerapatan muatan garis atau muatan per satuan panjang untuk pita ini adalah L= sdy’, dan jaraknya ke sembarang titik P di sumbu x adalah R =
. Intensitas medan listrik parsial
yang dihasilkan oleh pita mirip garis ini adalah sebagai berikut :
Gambar 2.2 Sebuah lempeng muatan tak terhingga di bidang yz, sebuah titik P pada sumbu x dan lebar diferensial muatan garis digunakan sebagai elemen untuk menentukan medan listrik di titik P.
9
dEx =
=
Dengan memperhitungkkan konstribusi dari semua pita diferensial :
Ex =
=
-
=
Apabila titik P dipilih berada pada sumbu x negatif, maka : Ex= -
Keracuan dalam hal penandaan positif/negatif ini biasanya dihilangkan dengan mendefinisikan vektor satuan aN yang adalah normal terhadap permukaan
lempengan
baik
mengarah
keluar
maupun
menjauhi
lempengan.
Dengan demikian,
E=
aN
(2.11)
Dengan persamaan 2.11 bahwa intensitas medan listrik pada sebuah lempeng/bidang akan sama kuatnya pada jarak ribuan kilometer dari lempengan muatan dengan pada jarak beberapa milimeter saja dari permukaan lempengan.
b. Medan Listrik Oleh Dua Lempeng / Pelat Jika sebuah lempeng lainnya dengan kerapatan muatan negatif (-s) diletakkan pada bidang x = a pada gambar 2.2, maka dapat ditentukan
10
total intensitas medan listrik dengan menjumlahkan konstribusi medan listrik masing-masing muatan. Pada gambar 2.3 ditunjukkan total intensitas medan listrik pada masing-masing daerah medan listrik [2].
Gambar 2.3 (a). Ilustrasi sebuah muatan lempengan. (b). Ilustrasi dari dua muatan lempengan yang mana satu bermuatan positif dan satu bermuatan negatif dalam bidang yz dalam koordinat kartesius [3]. Pada gambar 2.3.b terdapat tiga daerah intensitas medan listrik yaitu daerah x a, x a, dan 0 x a. Pada daerah x a, E+ =
ax
;
E- =
ax
;
Etot = E+ + E- = 0
11
Pada daerah x a,
E+ = -
ax
;
E- =
ax
;
Etot = E+ + E- = 0
Pada daerah 0 x a, E+ =
ax
;
E- =
ax
;
Etot = E+ + E- =
ax
(2.12)
Pada persamaan 2.12 merupakan salah satu persamaan praktis yang cukup penting, karena mempresentasikan intensitas medan listrik di antara kedua pelat sejajar di dalam sebuah kapasitor berinti udara; dengan syarat bahwa dimensi linier yakni panjang maupun lebar sisi-sisi kedua pelat jauh lebih besar dibandingkan dengan jarak pemisahnya, dan bahwa titik yang dibicarakan tidak berada di daerah pinggiran dekat sisi-sisi pelat. Intensitas medan listrik ada bukan bernilai nol di luar kapasitor, namun secara ideal diasumsikan begitu kecil hingga dapat diabaikan.
2.1.4
Gambaran Garis-Garis Medan Listrik Bentuk-bentuk distribusi yang sebenarnya jauh lebih kompleks dan sulit
diinterpretasikan. Akan tetapi, dari persamaan-persamaan intensitas medan listrik di atas didapatkan cara untuk menggambarkan sebuah medan listrik. Gambar 2.4.a memperlihatkan tampilan sebuah muatan garis dari arah melintang dan terlihat gambaran sederhana tentang medan listrik yang dihasilkan muatan tersebut (garis-garis pendek di sekitarnya) dengan panjang sebanding dengan magnitudo E dan panah yang menunjukkan arah E. Namun gambar ini belum memperlihatkan simetri terhadap titik asalnya. Pada gambar 2.4.b memperlihatkan bahwa garis-garis tersebut tampak pada posisi yang simetris. Namun garis-garis terpanjang yang mempresentasikan intensitas
12
medan listrik terkuat harus digambarkan di daerah yang sempit dan tepadat di dekat muatan. Hal ini akan menjadi masalah jika memperhatikan gambar 2.4.c dengan memperlihatkan garis-garis dengan panjang yang sama namun berbeda ketebalan untuk mempresentasikan magnitudonya. Beberapa menggambarkan garis-garis yang lebih pendek untuk mangnitudo yang lebih kuat (cenderung mengarah pada kesalahan/kekeliruan) atau menggunakan warna-warna yang berbeda
untuk
mempresentasikan
perbedaan
intensitas
medan
listrik
(cenderung sulit). Untuk mengatasi masalah itu yang diperlihatkan hanya arah dari medan listrik E dengan menggambarkan garis-garis kontinu yang keluar dari muatan, dan yang di setiap titik bersifat tangensial (tegak lurus) terhadap arah E seperti pada gambar 2.4.d. Posisi garis yang simetris terhadap sudut pada titik asal, panah di ujung-ujungnya mengindikasikan arah E pada tiap titik sepanjang garis, dan kerapatan garis sebanding dengan intensitas medan listrik.
13
Gambar 2.4 (a). Sebuah gambaran garis medan listrik yang buruk. (b) dan (c).Gambaran garis medan listrik yang cukup baik. (d). Gambaran garis medan listrik yang biasa.
Garis-garis ini biasanya disebut sebagai garis-garis medan listrik, biasa juga disebut dengan nama lain seperti garis-garis fluks, garis-garis arah, garis-garis arus, dan garis-garis gaya. Untuk lebih seragam, garis-garis ini disebut sebagai garis-garis medan listrik [2]. Menurut Michael Faraday bahwa garis medan listrik dalam suatu medium listrik adalah garis khayal medan listrik ditarik sedemikian rupa sehingga arahnya pada tiap titik (arah dari garis singgungya) sama pada arah medan listrik pada titik itu. Karena umumnya arah medan listrik berubah-ubah dari
14
titik ke titik, maka garis-garis medan listrik umumnya berbentuk garis lengkung. Dalam suatu medan listrik yang seragam (uniform), garis-garis medan listrik akan sejajar sedangkan dalam medan listrik yang tidak seragam, garis-garis medan listrik tidak sejajar. Michael Faraday memberikan arti fisis bahwa adanya gejala tarik-menarik atau tolak menolak antara benda-benda bermuatan disebabkan oleh garis-garis medan listrik itu dalam keadaan bertegangan. Garis gaya dalam medan elektrostatis merupakan suatu garis kontinu yang berasal dari muatan posisif dan berakhir pada muatan negatif. Sebenarnya garis-garis medan listrik ini tidak ada, tetapi dibayangan ada untuk mempermudah mengerti persoalan medan listik. Pada gambar 2.5.a memperlihatkan bahwa garis-garis medan listrik berasal dari muatan positif dan berakhir pada muatan negatif dan memiliki jumlah garis-garis medan listrik yang sama dikarenakan masingmasing memiliki rapat muatan q yang sama. Gambar 2.5.b memperlihatkan bahwa jumlah dari garis-garis medan listrik mempresentasikan intensitas medan listrik. Rapat muatan pada +2q lebih rapat dibandingkan rapat muatan –q. Ini menunjukkan bahwa intensitas medan listik di muatan +2q lebih besar dibandingkan dengan intensitas medan listrik di muatan –q, dan dipresentasikan dengan jumlah garis-garis medan listrik yang lebih banyak pada muatan +2q daripada muatan –q. Gambar 2.5.c memperlihatkan bahwa muatan yang sama tandanya, dalam gambar sama-sama bermuatan +q. Garis-garis medan listriknya akan saling tolak menolak dan jumlah garis-garis medan listriknya akan sama karena kedua muatan memiliki rapat muatan q yang sama [4].
15
Gambar 2.5
(a). Gambaran garis-garis medan listrik dengan tanda dan besar muatan yang sama. (b). Gambaran garis-garis medan listrik dengan tanda dan besar muatan yang berbeda. (c). Gambaran garis-garis medan listrik dengan tanda muatan yang berbeda dan besar yang bebeda [5].
2.1.5
Gambaran Garis-Garis Medan Listrik Pada Perisai
Dalam Hukum Coulomb, muatan-muatan yang dipelajari berada dalam ruang hampa/vakum. Namun akan berbeda, jika di antara kedua muatan terdapat bahan penghalang. Bahan penghalang ini bemacam-macam jenisnya seperti bahan isolator, bahan konduktor, dan bahan lainnya. Dalam bab ini akan diilustrasikan sebuah bahan konduktor di antara kedua muatan. Kedua muatan memiliki tanda yang berbeda dan besar yang sama. Bahan konduktor ini akan disebut sebagai perisai (shielding) dari intensitas medan listrik. Pada gambar 2.6a memperlihatkan garis-garis medan listrik E1 pada kedua muatan.
16
Gambar 2.6b memperlihatkan sebuah perisai yang diletakkan di antara kedua muatan, dimana diletakkan di daerah garis-garis medan listrik E2 pada kedua muatan. Dengan melihat ilustrasi gambar 2.6b, maka keberadaan perisai akan mengurangi jumlah garis-garis medan listrik E2 yang sampai ke muatan negatif. Sehinga jumlah garis-garis medan listrik yang sampai ke muatan negatif menjadi sebesar E3, dimana terlihat bahwa jumlah garis-garis medan listrik E2 lebih banyak dibandingkan jumlah garis-garis medan listrik E3. Gambar 2.6c memperlihatkan kasus yang hampir sama dengan gambar 2.6b.Yang membedakan adalah pada gambar 2.6c, salah satu ujung perisai ditanahkan (grounding). Dengan pentanahan ini terlihat bahwa jumlah garis-garis medan E5 yang sampai ke ujung muatan negatif semuanya dari garis-garis medan listrik yang tidak melalui perisai (dari ujung tepi atas dan bawah perisai). Sehingga jumlah garis-garis medan listrik E5 lebih sedikit dibandingkan dengan jumlah garis-garis medan listrik E3 [3].
17
+
-
E1
+
E2
perisai
(a)
E3
_
(b)
+
E4
perisai
E5
_
(c) 18
Gambar 2.6 (a). Gambaran garis-garis medan listrik diantara dua muatan yang besarnya sama namun tandanya berbeda. (b). Gambaran garis-garis medan listrik yang diantara dua muatan diletakkan sebuah perisai. (c). Gambaran garis-garis medan listrik yang diantara dua muatan diletakkan sebuah perisai, salah satu ujung perisai ditanahkan.
2.2
KESESUAIAN ELEKTROMAGNETIK DAN PERISAI
2.2.1
Gangguan Elektromagnetik
Gangguan elektromagnetik adalah sinyal pancaran yang tidak dinginkan dari energi konduksi atau energi radiasi sebagai medan elektromagnetik. Pancaran konduksi ini berupa tegangan dan arus. Sedangkan pancaran radiasi terdiri dari medan magnet atau medan listrik. 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. Rangkaiannya dapat dilihat pada Gambar 2.7.
19
C
Medan Listrik E
V
Z
(a)
Z
V
(b)
Gambar 2.7 (a). Rangkaian Fisik Gandengan Kapasitif (b). Rangkaian Ekivalen Gandengan Kapasitif Interaksi medan magnet antara dua rangkaian terjadi dalam gandengan induktif. Medan magnet yang terkurung dalam dua konduktor dapat digantikan dengan induktansi bersama. Suatu konduktor yang dialiri arus listrik dapat menghasilkan medan magnet yang mempengaruhi konduktor sekitarnya. Bentuk fisik dan rangkaian ekivalennya bisa dilihat pada Gambar 2.8 [6].
20
1
2
M12
V = jωM12.I
(b) Gambar 2.8
(a). Rangkaian Fisik Gandengan Induktif (b). Rangkaian Ekivalen Gandengan Induktif
Lingkungan elektromagnetik yaitu komposisi dari energi radiasi dan energi konduksi yang dihasilkan oleh suatu produk listrik, elektronik dan elektromekanik. Dapat berupa distribusi daya dan distribusi waktu dengan jangkauan variasi frekuensi dari level pancaran elektromagnetik radiasi atau konduksi.
Lingkungan
elektromagnetik
ini
dapat
berupa
gangguan
elektromagnetik, radiasi elektromagnetik dari material yang mudah meledak dan fenomena alam yang diakibatkan oleh petir. Lingkungan elektromagnetik
21
dapat dipandang dalam segi kuat medan listrik (V/m), pemancaran (irradiance) cahaya (Watt/m) dan kepadatan energi (Joule/m) [7].
2.2.2 Kesesuaian Elektromagnetik (Electromagnetic Compatibility/EMC) Kesesuaian elektromagnetik adalah kemampuan suatu peralatan atau sistem untuk beroperasi secara normal di lingkungan elektromagnetik tanpa terpengaruh maupun menghasilkan interferensi terhadap lingkungan . Menurut
International
Electrotechnical
Commission
(IEC)
emisi
elektromagnetik adalah suatu peristiwa pemancaran energi elektromagnetik yang berasal dari sumber gangguan. Kesesuaian elektromagnetik berhubungan dengan pembangkit, transmisi dan penerimaan energi elektromagnetik. Ada 3 aspek masalah kesesuaian elektromagnetik, yaitu sumber (emisi), gandengan (transfer), dan penerima (receiver). Aspek tersebut dapat dilihat pada Gambar 2.9.
Sumber (emisi)
Gandengan (transfer)
Penerima (receiver)
Gambar 2.9 Aspek Dasar Kesesuaian Elektromagnetik Emisi sumber dapat menghasilkan noise atau interferensi. Interferensi terjadi apabila energi yang diterima penerima menyebabkan penerima bekerja dengan tidak semestinya. Transfer energi elektromagnetik dapat dikategorikan dalam 4 subsistem, yaitu radiasi emisi, radiasi suseptibilitas, konduksi emisi
22
dan konduksi suseptibilitas. Subsistem tersebut dapat dilihat pada Gambar 2.10 [8].
Gambar 2.10 Subsistem Dasar Kesesuaian Elektromagnetik a. Radiasi Emisi b. Radiasi Suseptibilitas c. Konduksi Emisi d. Konduksi Suseptibilitas
23
Setiap sistem elektronik bisanya 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 (enclose) metal, arus akan menginduksi penutup melalui sinyal internal atau sinyal eksternal. Sinyal induksi dapat meradiasi lingkungan luar atau dalam penutup metal. Emisi elektromagnetik dapat terjadi dari sumber tegangan, penutup metal, kabel penghubung subsistem atau dari komponen elektronik di dalam penutup nonmetal, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.10a. Panjang kabel juga efisien untuk menaikkan radiasi emisi dari satu sistem ke sistem yang lain yang berdekatan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.10b. Sinyal eksternal akan menginduksi kabel sehingga sinyal induksi tersebut akan ditransfer ke komponen internal subsistem, hal itu akan menimbulkan interferensi pada rangkaian. Suseptibilitas adalah kemampuan suatu peralatan atau perangkat elektronik untuk menanggapi energi elektromagnetik yang tidak dinginkan. Emisi dan suseptibilitas energi elektromagnetik terjadi tidak hanya berupa gelombang elektromagnetik melalui udara, tetapi juga secara konduksi langsung pada konduktor metal seperti Gambar 2.10c dan Gambar 2.10d.
24
2.2.3
Interferensi Elektromagnetik (Electromagnetic Interference/EMI)
Interferensi elektromagnetik adalah penurunan kemampuan kerja piranti, peralatan
atau
sistem
karena
gangguan
elektromagnetik.
Gangguan
elektromagnetik ini dapat mengganggu, menghalangi, ataupun membatasi, dan menurunkan kinerja yang efektif dari peralatan [6]. Contohnya ketika kita menonton televisi dan pada saat itu ada sms yang masuk ataupun ada panggilan pada hp, maka sinyal dari hp itu akan menghalangi ataupun mengganggu sinyal dari televisi sehingga bisa melihat siaran televisi itu kacau/terganggu untuk beberapa saat. Gambar 2.11 menunjukkan interferensi pada sebuah alat dimana sumber interferensinya berasal dari berbagai sumber gangguan.
Gambar 2.11 Interferensi Satu Alat Dengan Gangguan Dari Beberapa Sumber.
Sedangkan Gambar 2.12 menunjukkan interferensi beberapa alat, dimana sumber interferensinya berasal dari sebuah alat.
25
Gambar 2.12 Interferensi Pada Beberapa Peralatan Dari Satu Gangguan Noise [9].
Sumber interferensi dibedakan menjadi 2, yaitu : 1. Sumber interferensi alami, yaitu sumber yang tergabung dalam fenomena alami. Sumber itu meliputi : Sumber interferensi natural terrestrial, yaitu fenomena pengisian atau pelepasan atmosfer seperti kilat, dan lainnya. Sumber interferensi natural extraterrestrial, yaitu sumber gangguan yang meliputi radiasi dari sumber matahari, dan lainnya. 2. Sumber interferensi buatan manusia yaitu sumber-sumber yang tergabung dalam peralatan-peralatan buatan manusia seperti jaringan transmisi listrik, telekomunikasi, sistem penerangan dan lainnya. Sumber interferensi buatan manusia dapat dibagi atas :
26
Interferensi broad band ,yaitu sinyal elektromagnetik konduksi atau radiasi dimana jangkauan frekuensinya lebih besar dari bandwidth penerima.
Interferensi narrow band yaitu sinyal konduksi atau sinyal radiasi dimana jangkauan frekuensinya lebih sempit dari bandwidth penerima.
Penerima interferensi elektromagnetik disebut juga dengan korban interferensi. Korban interferensi ini dapat dibedakan atas : 1. Korban interferensi alami, yaitu meliputi manusia, hewan dan tumbuhan. 2. Korban interferensi buatan manusia yang terbagi atas beberapa bagian, yaitu : Peralatan penerima komunikasi elektronik (navigasi, radar, pemancar). Amplifier (video, audio). Peralatan industri dan peralatan konsumen (radio, televisi, dan lainnya).
2.2.4
Perisaian (shielding)
Perisaian adalah teknik yang digunakan untuk mengurangi ataupun mencegah terjadinya gandengan radiasi elektromagnetik yang tidak diinginkan yang berasal dari lingkungan luar menuju ke peralatan elektronik, dan juga untuk mengurangi pancaran radiasi elektromagnetik yang berasal dari peralatan elektronik tersebut ke lingkungan luar. Spesifikasi perisaian adalah sebagai berikut [7]: Perisaian pelepasan muatan listrik (electrostatic discharge/esd) adalah proses pembatasan aliran arus listrik yang berlebihan pada saat pengisian muatan listrik. Tipe material untuk perisai ESD adalah semikonduktor.
27
Perisaian interferensi elektromagnetik adalah proses mencegah induksi radiasi elektromagnetik terhadap peralatan yang ingin dilindungi. Hal ini dapat dilakukan dengan memisahkan peralatan dari sumber noise dengan bahan penghalang. Perisaian interferensi frekuensi radio adalah proses mencegah radiasi elektromagnetik frekuensi radio dari satu rangkaian ke rangkaian lainnya sehingga tidak terjadi interferensi. Perisai interferensi elektromagnetik dan frekuensi radio biasa terbuat dari karet, metal, plastik, dan campuran material lainnya. Bentuk perisaian yang dilakukan adalah: Perisaian kabel, digunakan untuk melindungi interferensi elektromagnetik yang keluar dan masuk kabel. Perisai gasket, bahan yang mempertahankan perisai efektifitas pada di dalam penutup (enclosure) elektronik. Gasket terbuat dari berbagai bahan seperti busa, kawat mesh, dll. Perisai ruangan, ruangan yang terbuat bebas dari interferensi dengan menerapkan perisai ke lantai, dinding, langit-langit dan dengan menekan interferensi yang masuk melalui saluran listrik. Perisai listrik, suatu proses mencegah radiasi dari kopling masuk atau keluar dari daerah yang telah ditentukan. Bahan perisaian seperti logam, ataupun campuran konduktif lainnya.
28
Perisaian dapat dilakukan pada konduktor, pada rangkaian elektronik maupun sistem. Ada 2 tujuan perisaian, yaitu [8]: 1. Mencegah emisi suatu sistem atau
rangkaian elektronik agar tidak
menimbulkan radiasi yang melewati batas sehingga bisa menggangu sistem yang lain, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.13.
Gambar 2.13 Perisaian Untuk Membatasi Emisi Yang Keluar Dari Peralatan.
2. Mencegah radiasi emisi di luar sistem agar tidak menimbulkan interferensi pada sistem yang dilindungi seperti pada Gambar 2.14.
Gambar 2.14 Perisaian Untuk Membatasi Emisi Yang Masuk Ke Peralatan.
29
Perisai dibuat dengan meletakkan sebuah penghalang mesh didalam alur gelombang antara sumber dan penerim (receptor). Gelombang elektromagnetik yang berasal dari sumber sebagian akan direfleksikan (dipantulkan) dari perisai yang impedansinya rendah karena impedansi tidak sepadan antara gelombang dengan perisai. Sebagian sisanya akan ditransmisikan menembus perisai setelah sebagian diserap oleh perisai. Inilah yang disebut sebagai keefektifan perisaian (perisaian efektif). Sehingga total dari perisaian efektif ini adalah penjumlahan dari rugi refleksi, rugi absorbsi, dan rugi-rugi refleksi internal, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.15.
Gambar 2.15 Perisaian Efektif Gelombang Elektromagnetik Pada Perisai Metal [8].
30
Rugi-rugi absorbsi meningkat dengan adanya peningkatan frekuensi dari gelombang elektromagnetik, ketebalan penghalang (perisai), dan permeabilitas penghalang dan konduktivitasnya. Rugi-rugi refleksi akan meningkat jika terjadi peningkatan konduktivitas penghalang, dan penurunan permeabilitas penghalang. Tabel 2.1 dapat dilihat berbagai jenis dari material perisai dengan konduktivitasnya dan permeabilitasnya. Dimana konduktivitas tembaga = 5,8x107 Mho/m dan permeabilitas udara = 4π x 10-7 Henry/m. Tabel 2.1 Material Perisai [10]. Material Mu−metal Besi Baja Perak Tembaga Emas Alumenium Seng Kuningan Posfor perunggu Monel
Konduktivitas Dengan Acuan Tembaga 0,03 0,17 0,10 2,05 1,00 0,70 0,61 0,29 0,26 0,18 0,04
Permeabilitas Relative Dengan Acuan Udara 80000 1000 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Gandengan kapasitif antara dua konduktor secara sederhana dapat dilihat pada Gambar 2.16. Dari gambar ini dapat dilihat rangkaian fisik terdiri dari dua konduktor yang dibatasi oleh dielektrik udara dan rangkaian ini membentuk sebuah kopling kapasitif.
31
1
2 Konduktor
Vn C12
C1g
C2g
R
V1
Gambar 2.16 Gandengan Kapasitif Antara Dua Konduktor. C12
V1
C1g
C2g
R
Vi
Gambar 2.17 Rangkaian Ekivalen Gandengan Kapasitif Dua Konduktor.
Keterangan : C1g
: Kapasitansi antara konduktor 1 dengan tanah.
C12
: Kapasitansi antara konduktor 1 dengan konduktor 2.
C2g
: Kapasitansi antara Konduktor 2 dengan tanah.
R
: Resistansi rangkaian yang terhubung dengan konduktor 2 ( beban yang terpasang).
V1
: Sumber Interferensi.
Vi
: Tegangan noise yang dihasilkan dari V1. 32
Dari gambar rangkaian 2.17 diperoleh : Xc12 =
; Xc1g =
; Xc2g =
Maka : R // C2g =
=
=
=
Maka : Vi
=
.V1
=
.V1
=
.V1
=
.V1
=
.V1
(2.13)
Atau
Vi
=
. V1
(2.14)
Sedangkan ketika diletakkan perisai antara konduktor 1 dan konduktor 2, maka kapasitansinya dapat dilihat pada Gambar 2.18.
33
1
shielding
2
R C2s
C1s
C1g
Csg
C2g
V1
Gambar 2.18 Gandengan Kapasitif Antara Dua Konduktor Yang Diberi Perisai. C1s
V1
C1g
Va
C2s
Csg
C2g
R
Vi
Gambar 2.19 Rangkaian Ekivalen Antara Dua Konduktor Yang Diberi Perisai. Keterangan : C1g
: Kapasitansi antara konduktor 1 dengan tanah.
C1s
: Kapasitansi antara konduktor 1 dengan perisai.
Csg
: Kapasitansi antara perisai dengan tanah.
C2s
: Kapasitansi antara konduktor 2 dengan perisai.
C2g
: Kapasitansi antara konduktor 2 dengan tanah.
34
R
: Resistansi rangkaian yang terhubung dengan konduktor 2 (beban yang terpasang).
V1
: Sumber Interferensi.
Vi
: Tegangan noise yang dihasilkan dari V1.
Maka tegangan noisenya dapat dihitung sebagai berikut : X1g =
; X1s =
; Xsg =
; X2s =
X2g = R // C2g =
Va =
. V1
Vi =
. Va
=
Vi =
.
.
. V1
. V1
35
Vi =
.
.V1
Vi =
.V1
(2.15)
Sedangkan untuk gandengan induktif dapat dilihat pada Gambar 2.20. 2
1
R
I1
M12
R V1
Gambar 2.20 Gandengan Induktif Antara Dua Buah Konduktor [6].
Dari Gambar 2.20 didapat bahwa ketika arus I1 mengalir melalui konduktor 1 maka akan terdapat mutual induktansi antara konduktor 1 dan 2 yaitu M12 sehingga : Vi = M=
36
Sehingga didapat : Vi = - M
(2.16)
Tanda minus hanya menunjukkan arah dari induksi tegangan. Setelah dipasang perisai maka rangkaian gandengan induktif dapat disederhanakan seperti Gambar 2.21.
1 Shielding 2 R
R
I1 M1s
M2s
V1 R R
Gambar 2.21 Gandengan Induktif Antara Dua Konduktor Yang Diberi Perisai. Dari Gambar 2.21 maka didapat :
Vs = - M1s
(2.17)
Dan Vi = - M2s
(2.18)
Dimana :
37
Vi = Tegangan noise yang terjadi pada konduktor 2. Vs = Tegangan noise yang terjadi pada perisai. M1s = Mutual induktansi antara konduktor 1 dengan perisai. M2s = Mutual induktansi antara konduktor 2 dengan perisai[11].
38
