2.2 KESESUAIAN ELEKTROMAGNETIK DAN PERISAI .1Gangguan Elektromagnetik
2.2.2 Kesesuaian Elektromagnetik ( Electromagnetic Compatibility /EMC)
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
23
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
24
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.
25 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.
26
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 :
27
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.
28
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.
29
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.
30
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].
31
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 Konduktivitas Dengan Permeabilitas Relative
Acuan Tembaga Dengan Acuan Udara
Mu−metal 0,03 80000 Besi 0,17 1000 Baja 0,10 1 Perak 2,05 1 Tembaga 1,00 1 Emas 0,70 1 Alumenium 0,61 1 Seng 0,29 1 Kuningan 0,26 1 Posfor perunggu 0,18 1 Monel 0,04 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.
32 Konduktor C1g C12 R C2g Vn 2 1 V1
Gambar 2.16 Gandengan Kapasitif Antara Dua Konduktor.
C1g C12
C2g R Vi
V1
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.
33
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.
34 C1s 1 shielding 2 C1g Csg C2s C2g V1 R
Gambar 2.18 Gandengan Kapasitif Antara Dua Konduktor Yang Diberi Perisai. V1 C1g C1s Csg C2g R C2s Va 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.
35
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 = . . V1 Vi = . . V1
36 Vi = . .V1 Vi = .V1 (2.15)
Sedangkan untuk gandengan induktif dapat dilihat pada Gambar 2.20.
1 2 V1 I1 M12 R R
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 =
37
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.
V1 M1s M2s I1 1 Shielding 2 R R 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)
38
Vi = Tegangan noise yang terjadi pada konduktor 2. Vs = Tegangan noise yang terjadi pada perisai.
M1s = Mutual induktansi antara konduktor 1 dengan perisai.
39
