ANALISA PERBANDINGAN PENGARUH PEMBEBANAN

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