i
PENGARUH JUMLAH DAN JARAK MESH PERISAI
TERHADAP INDUKSI TEGANGAN TINGGI PADA SALURAN
TEGANGAN RENDAH
OLEH :
TUMBUR HARIANJA NIM : 090402059
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
ii
PENGARUH JUMLAH DAN JARAK MESH PERISAI
TERHADAP INDUKSI TEGANGAN TINGGI PADA SALURAN
TEGANGAN RENDAH
Oleh :
TUMBUR HARIANJA NIM : 090402059
Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik
pada
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
Sidang pada tanggal 18 bulan Desember tahun 2013 di depan penguji :
1) Ir. Syahrawardi : Ketua Penguji : ……… 2) Ir. Zulkarnaen Pane : Anggota Penguji : ………
Disetujui Oleh : Pembimbing Tugas Akhir
(Ir. Hendra Zulkarnaen) NIP : 19610514 198601 1003
Diketahui oleh :
Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU
(Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si.) NIP :19540531 198601 1002
iii ABSTRAK
Perisai (shielding) adalah suatu bahan yang penting dalam laboratorium
tegangan tinggi. Di mana perisai (shielding) berfungsi sebagai pelindung dari
induksi tegangan yang ditimbulkan oleh pembangkitan tegangan tinggi. Perisai
(shielding) yang dimaksudkan adalah perisai (shielding) untuk frekuensi 50-60 Hz
yakni untuk khusus untuk kasus medan elektromagnetik yang ditimbulkan oleh
tegangan tinggi AC. Kemampuan perisai (shielding) untuk melindungi induksi
tegangan tergantung pada jenis bahan dan bentuk material dari perisai (shielding)
itu sendiri dan pengaruh dari lingkungan sekitar, seperti temperatur, kelembapan,
dan tingkat kontaminasi udara sekitar.
Keberadaan perisai (shielding) akan mengamankan peralatan-peralatan
tegangan rendah di sekitar laboratorium tegangan tinggi. Dalam tugas akhir ini
akan dikaji pengaruh jumlah dan jarak mesh perisai terhadap induksi tegangan
tinggi pada saluran tegangan rendah. Mesh perisai dirancang dengan berbahan
kawat galvanis. Mesh perisai ini dibentuk dalam bentuk persegi dengan ukuran 24
inch2 yang disesuaikan dengan ukuran dari kawat BC (kawat yang bertegangan tinggi). Mesh perisai yang dirancang ada empat buah sesuai dengan jumlah mesh.
Adapun jumlah mesh yang dirancang adalah 1 mesh/1 inch2, 4 mesh/1 inch2, 9 mesh/1 inch2, dan 16 mesh/1 inch2. Dalam penelitian ini, perisai mesh yang lebih bagus melindungi induksi tegangan tinggi adalah yang berukuran 16 mesh/1 inch2.
Hal ini memperlihatkan bahwa semakin banyak jumlah mesh maka semakin bagus
untuk melindungi induksi tegangan tinggi.
iv KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas
segala berkat dan rahmat yang telah diberikan-Nya kepada penulis, sehingga
penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul “Pengaruh Jumlah dan
Jarak Mesh Perisai Terhadap Induksi Tegangan Tinggi pada Saluran Tegangan Rendah”. Penulisan Tugas Akhir ini merupakan salah satu persyaratan
untuk menyelesaikan studi dan memperoleh gelar Sarjana Teknik di Departemen
Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Tugas Akhir ini penulis persembahkan untuk kedua orang tua yang telah
membesarkan penulis dengan kasih sayang yang tak ternilai harganya, yaitu Kardi
Harianja dan Lertina Sinaga, saudara/saudari kandung penulis, Nurmawati
Harianja, Agus Raya Harianja, Sopar Harianja, Pardomuan Harianja, dan
Rosdelina Harianja atas seluruh perhatian dan dukungannya selama ini.
Selama masa kuliah sampai masa penyelesaian Tugas Akhir ini, penulis
mendapat dukungan, bimbingan, dan bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu,
dengan setulus hati penulis hendak menyampaikan ucapan terima kasih yang
sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Ir. Hendra Zulkarnaen, selaku dosen pembimbing yang telah banyak
meluangkan waktu dan memberikan ide dalam menyelesaikan tugas akhir
ini.
2. Ir. Surya Tarmizi Kasim, Msi, selaku dosen wali penulis yang senantiasa
memberikan bimbingannya selama perkuliahan.
3. Bapak Ir. Syahrawardi selaku Kepala Laboratorium Tegangan Tinggi yang
v
yang telah memberi masukan-masukan bagi penulis dalam menyelesaikan
Tugas Akhir ini.
4. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, Msi selaku Ketua Departemen Teknik
Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
5. Seluruh staf pengajar yang telah memberi bekal ilmu kepada penulis dan
seluruh pegawai Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas
Sumatera Utara atas bantuan administrasinya.
6. Keluarga besar Laboratorium Teknik Tegangan Tinggi FT USU : Eykel,
Wangto, Kentrick , Join, Meta, Wangto, dan, Raymond.
7. Sahabat-sahabat satu marga Harianja yang ada di Medan.
8. Sahabat-sahabat terdekat : Rianto, Evan, Jhon Palmer, Nicolas, Avand, Saut,
Candra dan seluruh teman-teman 2009 serta seluruh pengurus dan anggota
IMTE yang tidak mungkin disebutkan satu persatu.
9. Sahabat-sahabat terbaik pemberi saran dan sangat sering membantu penulis:
Wangto, Eykel, Kentrick, Raymond, Join, dan Rianto
vi
Akhir kata penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari
sempurna, untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun
demi penyempurnaan isi dan analisa yang disajikan. Akhir kata, semoga tulisan
ini bermanfaat bagi penulis pada khususnya dan semua pihak yang
membutuhkannya.
Medan, November 2013
Penulis,
vii DAFTAR ISI
ABSTRAK ... i
KATA PENGANTAR ... ii
DAFTAR ISI ... v
DAFTAR GAMBAR ... vii
DAFTAR TABEL ... x
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Tujuan dan Manfaat Penulisan ... 2
1.3 Batasan Masalah ... 2
1.4 Metode Penulisan ... 3
1.5 Sistematika Penulisan ... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA II.1 Medan Listrik Statis ... 5
II.1.1 Hukum Eksperimental Coulomb... 5
II.1.2 Intensitas Medan ... 7
II.1.3 Medan Listrik Oleh Muatan Lempeng/Pelat ... 8
a. Medan Listrik Oleh Sebuah Lempeng/Pelat ... 8
b. Medan Listrik Oleh Dua Lempeng/Pelat ... 10
II.1.4 Gambaran Garis-Garis Medan ... 12
II.1.5 Gambaran Garis-Garis Medan Listrik Pada Perisai ... 16
II.2 Kesesuaian Elektromagnetik Dan Perisai ... 19
viii
II.2.2 Kesesuaian Elektromagnetik (EMC) ... 22
II.2.3 Interferensi Elektromagnetik (EMI) ... 25
II.2.4 Perisaian (shielding) ... 27
BAB III METODE PENELITIAN III.1 Tempat dan Waktu Penelitian ... 39
III.2 Bahan Pengujian ... 39
III.3 Alat Penelitian dan Spesifikasinya ... 39
III.3.1 Kawat Galvanis ... 40
III.3.2 Perisai Mesh ... 40
III.3.3 Tahanan Pembagi Tegangan ... 37
III.4 Variasi Pengujian ... 38
III.5 Prosedur Percobaan ... 39
III.5.1 Prosedur Percobaan 1 ... 39
III.5.2 Prosedur Percobaan 2 ... 40
III.5.3 Prosedur Percobaan 3 ... 41
III.6 Flowchart Penelitian ... 43
BAB IV HASIL PENELITIAN IV.1 Data Hasil Pengukuran ... 44
IV.2 Analisa Data ... 54
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN V.1 Kesimpulan ... 93
V.2 Saran ... 95
ix DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Muatan Q1 dan Q2 memiliki tanda yang sama ... 5
Gambar 2.2 Sebuah lempeng muatan tak terhingga di bidang yz ... 8
Gambar 2.3 Ilustrasi muatan lempengan ... 10
Gambar 2.4 Gambaran garis medan listrik ... 12
Gambar 2.5 Gambaran garis-garis medan listrik dengan tanda dan besar ... 14
Gambar 2.6 Gambaran garis-garis medan listrik diantara dua muatan ... 16
Gambar 2.7 Rangkaian fisik dan ekivalen gandengan kapasitif ... 17
Gambar 2.8 Rangkaian fisik dan ekivalen gandengan induktif ... 18
Gambar 2.9 Aspek dasar kesesuaian elektromagnetik ... 19
Gambar 2.10 Subsistem dasar kesesuaian elektromagnetik ... 20
Gambar 2.11 Interferensi satu alat dengan gangguan dari beberapa sumber ... 22
Gambar 2.12 Interferensi pada beberapa peralatan dari satu gangguan noise ... 23
Gambar 2.13 Perisaian untuk membatasi emisi yang keluar dari peralatan ... 26
x
Gambar 2.15 Perisaian efektif gelombang elektromagnetik
pada perisai metal... 27
Gambar 2.16 Gandengan kapasitif antara dua konduktor ... 28
Gambar 2.17 Rangkaian ekivalen gandengan kapasitif dua konduktor ... 29
Gambar 2.18 Gandengan kapasitif antara dua konduktor yang diberi perisai ... 30
Gambar 2.19 Rangkaian ekivalen antara dua konduktor yang diberi perisai ... 31
Gambar 2.20 Gandengan induktif antara dua buah konduktor ... 32
Gambar 2.21 Gandengan induktif antara dua konduktor yang diberi perisai ... 33
Gambar 3.1 Kawat galvanis ... 40
Gambar 3.2 Mesh ... 40
Gambar 3.3 Perisai mesh ... 41
Gambar 3.4 Tahanan pembagi tegangan ... 42
Gambar 3.5 Variasi pengujian ... 43
Gambar 3.6 Rangkaian percobaan ... 46
xi
jarak S1 = S2 = 20 cm , S1 + S2 = 40 cm ... 60
Gambar 4.2 Grafik percobaan untuk jarak S1 = S2 = 30 cm , S1 + S2 = 60 cm ... 63
Gambar 4.3 Grafik percobaan untuk jarak S1 = S2 = 40 cm , S1 + S2 = 80 cm ... 65
Gambar 4.4 Grafik percobaan untuk jarak S1 = S2 = 50 cm , S1 + S2 = 100 cm ... 68
Gambar 4.5 Grafik percobaan untuk jarak S2 = 20 cm ... 71
Gambar 4.6 Grafik percobaan untuk jarak S2 = 30 cm ... 74
Gambar 4.7 Grafik percobaan untuk jarak S2 = 40 cm ... 77
Gambar 4.8 Grafik percobaan untuk jarak S2 = 50 cm ... 80
Gambar 4.9 Grafik percobaan untuk jarak S1 = 20 cm ... 83
Gambar 4.10 Grafik percobaan untuk jarak S1 = 30 cm ... 86
Gambar 4.11 Grafik percobaan untuk jarak S1 = 40 cm ... 89
xii DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Material perisai ... 28
Tabel 4.1 Data hasil pengujian untuk jarak S1 = S2 = 20 cm , S1 + S2 = 40 cm ... 44
Tabel 4.2 Data hasil pengujian untuk jarak S1 = S2 = 30 cm , S1 + S2 = 60 cm ... 44
Tabel 4.3 Data hasil pengujian untuk jarak S1 = S2 = 40 cm , S1 + S2 = 80 cm ... 45
Tabel 4.4 Data hasil pengujian untuk jarak S1 = S2 = 50 cm , S1 + S2 = 100 cm ... 45
Tabel 4.5 Data hasil pengujian untuk jarak S2 = 20 cm ... 46
Tabel 4.6 Data hasil pengujian untuk jarak S2 = 30 cm ... 47
Tabel 4.7 Data hasil pengujian untuk jarak S2 = 40 cm ... 48
Tabel 4.8 Data hasil pengujian untuk jarak S2 = 50 cm ... 49
Tabel 4.9 Data hasil pengujian untuk jarak S1 = 20 cm ... 50
Tabel 4.10 Data hasil pengujian untuk jarak S1 = 30 cm ... 51
Tabel 4.11 Data hasil pengujian untuk jarak S1 = 40 cm ... 52
iii ABSTRAK
Perisai (shielding) adalah suatu bahan yang penting dalam laboratorium
tegangan tinggi. Di mana perisai (shielding) berfungsi sebagai pelindung dari
induksi tegangan yang ditimbulkan oleh pembangkitan tegangan tinggi. Perisai
(shielding) yang dimaksudkan adalah perisai (shielding) untuk frekuensi 50-60 Hz
yakni untuk khusus untuk kasus medan elektromagnetik yang ditimbulkan oleh
tegangan tinggi AC. Kemampuan perisai (shielding) untuk melindungi induksi
tegangan tergantung pada jenis bahan dan bentuk material dari perisai (shielding)
itu sendiri dan pengaruh dari lingkungan sekitar, seperti temperatur, kelembapan,
dan tingkat kontaminasi udara sekitar.
Keberadaan perisai (shielding) akan mengamankan peralatan-peralatan
tegangan rendah di sekitar laboratorium tegangan tinggi. Dalam tugas akhir ini
akan dikaji pengaruh jumlah dan jarak mesh perisai terhadap induksi tegangan
tinggi pada saluran tegangan rendah. Mesh perisai dirancang dengan berbahan
kawat galvanis. Mesh perisai ini dibentuk dalam bentuk persegi dengan ukuran 24
inch2 yang disesuaikan dengan ukuran dari kawat BC (kawat yang bertegangan tinggi). Mesh perisai yang dirancang ada empat buah sesuai dengan jumlah mesh.
Adapun jumlah mesh yang dirancang adalah 1 mesh/1 inch2, 4 mesh/1 inch2, 9 mesh/1 inch2, dan 16 mesh/1 inch2. Dalam penelitian ini, perisai mesh yang lebih bagus melindungi induksi tegangan tinggi adalah yang berukuran 16 mesh/1 inch2.
Hal ini memperlihatkan bahwa semakin banyak jumlah mesh maka semakin bagus
untuk melindungi induksi tegangan tinggi.
1 BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Dengan semakin tinggi tegangan yang dibangkitkan di laboratorium
tegangan tinggi saat ini, maka sangat diperlukan perisai (shielding) sebagai
pelindung induksi tegangan demi keamanan pengguna dan saluran tegangan
rendah di dalam laboratorium tegangan tinggi tersebut. Sebagaimana diketahui
semakin tinggi tegangan yang dibangktikan, maka semakin besar induksi
tegangan yang ditimbulkan. Oleh karena itu sangat perlu dibuat perisai
(shielding), untuk mengurangi induksi tegangan yang ditimbulkan tegangan tinggi
tersebut. Pada tugas akhir ini akan dirancang perisai (shielding) mesh dengan
melihat pengaruh keberadaan perisai (shielding) mesh terhadap tegangan tinggi
yang dibangkitkan. Penelitian ini untuk keperluan laboratorium tegangan tinggi.
Pada setiap percobaan dicatat induksi tegangan pada saluran tegangan rendah
(kabel NYA) oleh induksi tegangan tinggi (kawat BC). Besar induksi tegangan
maksimum pada saluran tegangan rendah akan menjadi perhatian khusus, sebab
dari besar induksi tegangan maksimum ini akan menjadi acuan keamanan saluran
2 1.2 Tujuan dan Manfaat Penulisan
1.2.1 Tujuan Penelitian :
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah untuk melihat pengaruh
jumlah dan jarak mesh perisai terhadap induksi tegangan tinggi pada
saluran tegangan rendah.
1.2.2 Manfaat Penelitian :
Adapun manfaat dari penelitian ini adalah untuk merancang perisai
mesh di laboratorium tegangan tinggi Fakultas Teknik USU.
1.3 Batasan Masalah
1. Tegangan Tinggi yang digunakaan adalah tegangan tinggi AC yang
maksimum dibangkitkan sebesar 75 kV. Tegangan 75 kV merupakan
tegangan maksimum yang dapat dibangkitkan di Laboratorium Tegangan
Tinggi Departemen Teknik Elektro USU.
2. Besar induksi tegangan maksimum yang diizinkan pada saluran tegangan
rendah pada percobaan ini adalah sebesar 300 V [1].
3. Kabel tegangan rendah yang digunakan adalah kabel NYA, seperti yang
biasa dipakai pada saluran tegangan rendah.
4. Konduktor tegangan tinggi yang dipakai adalah konduktor Bare Copper
(BC) dengan luas penampang 50 mm2.
5. Kabel NYA letaknya sejajar dengan konduktor Bare Copper (BC).
6. Kawat yang dipakai untuk bahan perisai adalah kawat galvanis dengan
diameter 0,08 cm.
7. Jumlah mesh yang dirancang adalah mesh 1, mesh 4, mesh 9, dan mesh
3
8. Induksi akibat arus diabaikan karena arus di pembangkit tegangan tinggi di
laboratorium sangat kecil.
1.4 Metode Penulisan
Untuk dapat menyelesaikan tugas akhir ini maka penulis menerapkan
beberapa metode penulisan diantaranya :
1. Studi literatur yaitu dengan membaca teori-teori yang berkaitan dengan
topik tugas akhir ini, dari buku-buku referensi baik yang dimiliki oleh
penulis atau di perpustakaan dan juga dari artikel-artikel, jurnal, internet
dan lain-lain.
2. Studi bimbingan yaitu dengan melakukan diskusi tentang topik tugas akhir
ini dengan dosen pembimbing yang telah ditunjuk oleh pihak Departemen
Teknik Elektro USU.
3. Studi lapangan yaitu dengan melakukan percobaan di Laboratorium
Teknik Tegangan Tinggi FT USU.
1.5 Sistematika Penulisan
Tugas akhir ini disusun berdasarkan sistematika penulisan sebagai berikut:
BAB I. PENDAHULUAN
Bab ini berisikan latar belakang, tujuan dan manfaat penulisan, metode penulisan, dan sistematika penulisan.
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini menjelaskan tentang medan listrik statis, dan fenomena
medan listrik. Bab ini juga menjelaskan tentang kesesuaian medan
4 BAB III. METODE PENELITIAN
Bab ini memuat tentang alat dan bahan, peralatan yang digunakan,
prosedur percobaan.
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
Bab ini berisi tentang data hasil pengukuran dan analisa data.
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN
5
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 =
6
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 :
.F2=
a
12 (2.5)Dimana a12 adalah vektor satuan pada arah R12 , atau :
a
12==
=
7
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 :
F
t =
a
1t (2.7)Jika ditulis sebagai gaya yang bertumpu pada satu satuan muatan, maka
persamaan 2.7 akan menjadi :
=
8
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 = (2.9)
E=
a
1t (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 Medan Listrik Oleh Muatan Lempeng/Pelat a. 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
9
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
10
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
a
N yang adalah normal terhadappermukaan lempengan baik mengarah keluar maupun menjauhi
lempengan.
Dengan demikian,
E =
a
N (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
11
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+ =
a
x ; E- = 12
Pada daerah x a,
E+ = -
a
x ; E- =
a
x ; Etot = E+ + E- = 0Pada daerah 0 x a,
E+ =
a
x ; E- =
a
x ; Etot = E+ + E- =
a
x (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
13
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
14
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
15
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
masing-masing 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
16
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
17
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
18
(a)
+ _
p
e
ri
sa
i
E2 E3
(b)
+ _
p
e
ri
sa
i
E4
E5
(c)
+
19
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
20
V Z
Medan Listrik
E
C
V Z
(a) (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.
21
M12
V = jωM12.I
1 2
[image:34.595.164.439.83.512.2](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
22
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)
[image:35.595.153.492.494.579.2]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
23
dan konduksi suseptibilitas. Subsistem tersebut dapat dilihat pada Gambar 2.10
[image:36.595.163.466.176.577.2][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
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
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
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
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,
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
[image:42.595.167.424.252.405.2]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.
[image:42.595.161.479.533.711.2]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
[image:43.595.205.436.347.617.2]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 =
[image:44.595.134.493.334.547.2]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
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,
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 C
2g 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.
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 = .
36
Vi =
.
.V1
Vi =
.V1 (2.15)
Sedangkan untuk gandengan induktif dapat dilihat pada Gambar 2.20.
1 2
V1
I1
M12
R
[image:49.595.155.430.82.243.2]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
[image:50.595.167.476.254.474.2]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
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1. Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilakukan pada bulan Agustus 2013 di Laboratorium Teknik
Tegangan Tinggi, Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas
Sumatera Utara, Medan.
3.2. Bahan Pengujian
Kawat galvanis secukupnya.
Kawat galvanis ini digunakan sebagai bahan pembuatan perisai (shielding) mesh.
3.3. Alat Penelitian dan Spesifikasinya
Peralatan-peralatan yang digunakan untuk melakukan pengujian meliputi : 1 unit trafo uji
Spesifikasi: 200/100.000 Volt; 50 Hz; 10 kVA.
1 unit autotrafo
Spesifikasi: 220/0-200 Volt; 10 kVA.
Tegangan rendah bolak balik 220 VF-N frekuensi 50 Hz,
Kayu. Paku.
Perisai Mesh (kawat galvanis yang dirakit pada kayu) Kawat galvanis.
Kabel tegangan rendah (kabel NYA). 2 unit tahanan pembagi tegangan
Spesifikasi :1 kΩ, dan 10 kΩ
1 unit barometer/humiditymeter/thermometer digital
Spesifikasi : merek Lutron PHB 318 ; range tekanan 7,5-825,0
mmHg; range kelembaban 10-110 %RH ; range suhu 0-50 °C.
40
Spesifikasi : merek Excel DT9205A ; 0,2-750 VAC ; 0,2-1000 VDC
; 0,02-20 AAC ; 0,002-20 ADC.
3.3.1 Kawat Galvanis
Jenis kawat yang digunakan adalah kawat galvanis berukuran diameter
sebesar 0,08 cm. Kawat ini yang digunakan sebagai bahan perisai mesh.
Gambar 3.1 memperlihatkan kawat galvanis tersebut.
Gambar 3.1 Kawat Galvanis
3.3.2 Perisai Mesh
Pengertian mesh yang dimaksudkan adalah perisai yang berbentuk
[image:53.595.241.493.249.421.2]kotak-kotak dalam ukuran inch2.Gambar 3.2 memperlihatkan mesh dan ukuran yang dirancang.
[image:53.595.211.474.562.705.2]41
Perisai mesh dirancang dengan berbahan kawat galvanis, dibentuk dalam
kayu berbentuk persegi dengan ukuran 24 inch2 yang dirancang menjadi empat buah perisai mesh.
Gambar 3.3 memperlihatkan masing-masing mesh, dimana nomor 1
adalah mesh 16 (1 inch2 = 16 kotak); nomor 2 adalah mesh 9 (1 inch2 = 9 kotak); nomor 3 adalah mesh 4 (1 inch2 = 4 kotak); dan nomor 4 adalah mesh 1 (1 inch2 = 1 kotak ).
Gambar 3.3 Perisai Mesh
3.3.3 Tahanan pembagi tegangan
Tahanan pembagi tegangan ini berguna untuk pembacaan induksi
tegangan pada voltmeter. Gambar 3.4 memperlihatkan tahanan pembagi
tegangan ini, R1 adalah tahanan pada sisi tegangan tingginya, dan R1 adalah
tahanan pada sisi tegangan rendahnya.Besar R1 dan R2 adalah 10 kΩ dan 1 kΩ,
sehingga perbandingan R1 dan R2 adalah 10 : 1. Dalam hal ini, yang
dihubungkan ke voltmeter adalah R2, sehingga pada saat induksi tegangan
terbaca di voltmeter 1 Volt, maka di sisi tegangan tinggi ( induksi tegangan
[image:54.595.224.466.305.494.2]42 Gambar 3.4 Tahanan Pembagi Tegangan.
3.4. Variasi Pengujian
Variasi pengujian terbagi menjadi tiga bagian. Parameter-parameter yang
divariasikan adalah seperti yang diperlihatkan pada gambar 3.5. Pada gambar 3.5
nomor 1 adalah kabel tegangan rendah (kabel NYA), nomor 2 adalah perisai
mesh, nomor 3 adalah kawat tegangan tinggi (kawat BC), S1 adalah jarak antara
kawat BC dengan perisai mesh, dan S2 adalah jarak antara perisai mesh dan kabel
NYA.Variasi pengujiannya sebagai berikut :
1. Dengan jarak S1dan S2 yang tetap, tegangan tinggi yang dibangkitkan
variabel, dan perisai mesh yang diujikan sesuai dengan ukuran mesh yang
sudah dirancang.
2. Dengan jarak S2 yang tetap, jarak S1 yang variabel, tegangan tinggi yang
dibangkitkan tetap, dan perisai mesh diujikan sesuai dengan ukuran mesh
yang sudah dirancang.
3. Dengan jarak S1 yang tetap, jarak S2 yang variabel, tegangan tinggi yang
dibangkitkan tetap, dan perisai mesh diujikan sesuai dengan ukuran mesh
[image:55.595.187.442.84.267.2]43 Gambar 3.5 Variasi Pengujian.
3.5. Prosedur Percobaan
3.5.1. Pengujian Induksi Tegangan dengan Jarak S1 danS2 yang Tetap, Tegangan Tinggi yang Dibangkitkan Variabel, dan Perisai Mesh Yang Diujikan Sesuai Dengan Ukuran Mesh yang Sudah Dirancang.
Prosedur yang dilakukan adalah sebagai berikut :
1. Mempersiapkan alat dan bahan.
2. Pastikan sistem dalam keadaan mati (off ).
[image:56.595.133.479.84.356.2]3. Membuat rangkaian percobaan seperti yang diperlihatkan pada gambar 3.5 di bawah ini.
4. Mengatur jarak S1 dan S2 masing-masing 20 cm terhadap perisai
mesh (mesh 1).
5. Mengatur jarak sela bola sebesar 3,5 cm.
6. Menghidupkan sistem (on).
7. Membangkitkan tegangan tinggi secara bertahap yaitu 35 kV, 45 kV,
44
8. Mencatat tegangan yang terbaca pada voltmeter pada saat tegangan
tinggi 35 kV, 45 kV, 55 kV, 65 kV, dan 75 kV.
9. Matikan sistem (off ).
10.Ulangi prosedur nomor 4 sampai nomor 9 dengan perisai mesh yang
berbeda (mesh 4, mesh 9, dan mesh 16).
11.Dengan posisi yang sama, lakukan kembali prosedur nomor 4 sampai
nomor 9 dengan salah satu ujung masing-masing perisai mesh
ditanahkan.
12.Ulangi prosedur nomor 4, dengan masing-masing jarak S1 dan S2
adalah 30 cm, 40, dan 50 cm
13.Ulangi prosedur prosedur nomor 5 sampai prosedur nomor 10.
14.Ulangi prosedur nomor 11.
15.Pastikan sistem dalam keadaan mati (off ) kembali.
3.5.2. Pengujian Induksi Tegangan dengan Jarak S2 yang Tetap, Jarak S1 yang Variabel, Tegangan Tinggi yang Dibangkitkan Tetap, dan Perisai Mesh Diujikan Sesuai dengan Ukuran Mesh yang Sudah Dirancang.
Prosedur yang dilakukan adalah sebagai berikut :
1. Mempersiapkan alat dan bahan.
2. Pastikan sistem dalam keadaan mati (off ).
3. Membuat rangkaian percobaan seperti yang diperlihatkan pada gambar 3.5 di bawah ini.
4. Mengatur jarak S2= 20 cm, dan S1= 20 cm terhadap perisai mesh
(mesh 1)
5. Mengatur jarak sela bola sebesar 3,5 cm.
6. Menghidupkan sistem (on ).
7. Membangkitkan tegangan tinggi sebesar 75 kV.
8. Mencatat tegangan yang terbaca pada voltmeter pada saat tegangan
45
9. Matikan sistem ( off ).
10.Ulangi prosedur nomor 4 sampai nomor 9 dengan perisai mesh yang
berbeda (mesh 4, mesh 9, dan mesh 16).
11.Dengan posisi yang sama, lakukan kembali prosedur nomor 4 sampai
nomor 9 dengan salah satu ujung masing-masing perisai mesh
ditanahkan.
12.Ulangi prosedur nomor 4, dengan jarak S2 = 20 cm, dan
masing-masing jarak S1 adalah 30 cm, 40cm,50 cm,60 cm,70 cm, 80 cm, 90
cm, dan 100 cm.
13.Ulangi prosedur prosedur nomor 5 sampai prosedur nomor 10.
14.Ulangi prosedur nomor 11.
15.Ulangi prosedur nomor 12, dengan masing-masing jarak S2 = 30 cm,
40 cm, dan 50 cm untuk masing-masing jarak S1 = 20 cm, 30 cm,
40cm, 50 cm, 60 cm,70 cm, 80 cm, 90 cm, dan 100 cm.
16.Ulangi prosedur nomor 11.
17.Pastikan sistem dalam keadaan mati (off ) kembali.
3.5.3. Pengujian Induksi Tegangan dengan Jarak S1 yang Tetap, Jarak S2 yang Variabel, Tegangan Tinggi yang Dibangkitkan Tetap, dan Perisai Mesh Diujikan Sesuai Dengan Ukuran Mesh yang Sudah Dirancang.
Prosedur yang dilakukan adalah sebagai berikut :
1. Mempersiapkan alat dan bahan.
2. Pastikan sistem dalam keadaan mati (off ).
3. Membuat rangkaian percobaan seperti yang diperlihatkan pada
gambar 3.5 di bawah ini.
4. Mengatur jarak S1= 20 cm, dan S2 = 20 cm terhadap perisai mesh
(mesh 1).
5. Mengatur jarak sela bola sebesar 3,5 cm.
6. Menghidupkan sistem (on).
46
8. Mencatat tegangan yang terbaca pada voltmeter pada saat tegangan
tinggi 75 kV.
9. Matikan sistem (off ).
10.Ulangi prosedur nomor 4 sampai nomor 9 dengan perisai mesh yang
berbeda (mesh 4, mesh 9, dan mesh 16).
11.Dengan posisi yang sama, lakukan kembali prosedur nomor 4 sampai
nomor 9 dengan salah satu ujung masing-masing perisai mesh
ditanahkan.
12.Ulangi prosedur nomor 4, dengan jarak S1 = 20 cm, dan
masing-masing jarak S2 adalah 30 cm, 40cm,50 cm,60 cm,70 cm, 80 cm, 90
cm, dan 100 cm.
13.Ulangi prosedur prosedur nomor 5 sampai prosedur nomor 10.
14.Ulangi prosedur nomor 11.
15.Ulangi prosedur nomor 12, dengan masing-masing jarak S1 = 30 cm,
40 cm, dan 50 cm untuk masing-masing jarak S2 = 20 cm, 30 cm,
40cm,50 cm,60 cm,70 cm, 80 cm, 90 cm, dan 100 cm.
16.Ulangi prosedur nomor 11.
17.Pastikan sistem dalam keadaan mati (off ) kembali.
S1 S2 Perisai Mesh AT TU KAWAT BC R1 R2 G
Kabel tegangan rendah
S2 S 1 V2 Vin
V
VKeterangan : AT = Autotrafo; TU = Trafo uji; S1 = Saklar utama; S2 = Saklar
sekunder; ; Vin = Tegangan masukan; V = voltmeter ; V2 =
voltmeter untuk tegangan pada R2; R1 dan R2 ; tahanan pembagi
[image:59.595.135.463.464.603.2]tegangan.
47 3.6. Flowchart Penelitian
Mulai
Merancang Perisai Mesh
Merancang Susunan tahanan pembagi tegangan pada kabel
tegangan rendah
Merancang ukuran kawat BC pada sisi tegangan tinggi
Berhasil
Ya
Tidak
Lakukan Pengujian
Pengukuran tegangan induksi pada kabel
tegangan rendah
Sebelum dibuat mesh
Setelah dibuat mesh dengan ukuran mesh 1, mesh 4, mesh 9, dan mesh 16
Pada saat variasi pengujian 1
Pada saat variasi pengujian 2
Pada saat variasi pengujian 3
Analisis
48
BAB IV
HASIL PENELITIAN
4.1 Data Hasil Pengukuran
4.1.1 Jarak S1danS2 yang tetap, tegangan tinggi (Vt) yang dibangkitkan variabel.
P = 757,6 mmHg ; T = 27,8 C
a. Tabel 4.1 untuk jarak S1 = S2 = 20 cm , S1 + S2 = 40 cm
No Vt (kV)
Tegangan induksi (Vi ) Pada Mesh (V)
Tanpa Mesh
Mesh 1 Mesh 4 Mesh 9 Mesh 16
Tanpa ditanahk an Ditanah kan Tanpa ditanahk an Ditanah kan Tanpa ditanahk an Ditana hkan Tanpa ditana hkan Ditana hkan
1 35 1122 374 330 341 330 330 308 319 297
2 45 1397 495 429 451 429 451 429 429 396
3 55 1694 616 539 572 539 528 517 528 506
4 65 2057 748 649 704 616 649 506 572 495
5 75 2508 902 759 847 737 836 715 803 693
b. Tabel 4.2 untuk jarak S1 = S2 = 30 cm , S1 + S2 = 60 cm
No Vt (kV)
Tegangan induksi (Vi) Pada Mesh (V)
Tanpa Mesh
Mesh 1 Mesh 4 Mesh 9 Mesh 16
Tanpa ditanahk an Ditanah kan Tanpa ditanahk an Ditanah kan Tanpa ditanahk an Ditana hkan Tanpa ditana hkan Ditana hkan
1 35 1023 352 319 341 297 253 242 253 198
2 45 1331 462 429 451 396 341 308 330 253
3 55 1606 594 539 550 495 418 385 407 264
4 65 1848 737 638 671 594 506 462 495 396
49
c. Tabel 4.3 untuk jarak S1 = S2 = 40 cm , S1 + S2 = 80 cm
No Vt (kV)
Tegangan induksi (Vi ) Pada Mesh (V)
Tanpa Mesh
Mesh 1 Mesh 4 Mesh 9 Mesh 16
Tanpa ditanahk an Ditanah kan Tanpa ditanahk an Ditanah kan Tanpa ditanahk an Ditana hkan Tanpa ditana hkan Ditana hkan
1 35 638 231 220 220 209 209 187 198 176
2 45 836 319 297 297 275 286 264 275 253
3 55 1023 396 385 374 352 363 341 363 341
4 65 1188 495 462 451 429 440 418 429 407
5 75 1386 572 517 528 528 528 506 528 484
d. Tabel 4.4 untuk jarak S1 = S2 = 50 cm , S1 + S2 = 100 cm
No Vt (kV)
Tegangan induksi (Vi) Pada Mesh (V)
Tanpa Mesh
Mesh 1 Mesh 4 Mesh 9 Mesh 16
Tanpa ditanahk an Ditanah kan Tanpa ditanahk an Ditanah kan Tanpa ditanahk an Ditana hkan Tanpa ditana hkan Ditana hkan
1 35 363 132 121 121 110 121 110 99 88
2 45 594 220 154 165 154 143 132 143 110
3 55 649 231 198 209 187 198 187 187 165
4 65 803 286 242 253 231 242 231 231 220
50
4.1.2 Jarak S2 yang tetap, jarak S1 yang variabel, tegangan tinggi
(Vt) yang dibangkitkan tetap.
P = 754,3 mmHg ; T = 27,6 C ; Vt = 75 kV a. Tabel 4.5 untuk jarak S2 = 20 cm
No S1 (cm)
Tegangan induksi (Vi) Pada Mesh (V)
Tanpa Mesh
Mesh 1 Mesh 4 Mesh 9 Mesh 16
Tanpa ditanahk an Ditanahk an Tanpa ditanahk an Ditanahk an Tanpa ditanahk an Ditana hkan Tanpa ditanah kan Ditana hkan
1 20 2508 902 759 847 737 836 715 803 693
2 30 2068 726 660 715 627 704 616 693 605
3 40 1584 561 484 517 473 495 462 440 418
4 50 1232 429 385 385 374 374 352 363 341
5 60 902 352 275 264 253 253 220 242 231 6 70 781 242 231 242 231 220 198 220 198 7 80 693 209 187 198 154 165 143 165 143 8 90 572 176 154 154 143 154 132 143 121
9 100 158,4 143 132 132 121 121 110 121 110
b. Tabel 4.6 untuk jarak S2 = 30 cm
No S1 (cm)
Tegangan induksi (Vi) Pada Mesh (V)
Tanpa Mesh
Mesh 1 Mesh 4 Mesh 9 Mesh 16
Tanpa ditanahka n Ditanahk an Tanpa ditanahka n Ditanahk an Tanpa ditanah kan Ditana hkan Tanpa ditanah kan Ditana hkan 1 20 913 407 374 374 363 352 341 330 264 2 30 693 330 308 319 297 308 286 286 253 3 40 605 275 253 264 253 253 220 231 198 4 50 517 242 231 231 220 220 198 209 165 5 60 462 231 220 220 198 209 187 198 154 6 70 396 198 187 176 143 165 132 154 121 7 80 352 187 165 165 154 154 143 132 110
8 90 264 165 154 154 121 132 110 121 88
51 c. Tabel 4.7 untuk jarak S2 = 40 cm
No S1 (cm)
Tegangan induksi (Vi) Pada Mesh (V)
Tanpa Mesh
Mesh 1 Mesh 4 Mesh 9 Mesh 16
Tanpa ditanahk an Ditanah kan Tanpa ditanahk an Ditanah kan Tanpa ditana hkan Ditana hkan Tanpa ditana hkan Ditana hkan
1 20 682 286 253 264 231 253 231 220 209
2 30 605 209 154 187 143 154 132 143 121
3 40 528 187 165 176 154 165 121 154 110
4 50 418 143 121 143 121 132 99 121 88
5 60 352 132 110 132 99 110 99 99 77
6 70 319 110 88 110 99 99 88 88 77
7 80 264 99 88 88 77 88 77 66 55
8 90 253 88 66 77 66 88 77 55 44
9 100 165 77 55 66 55 77 66 55 44
d. Tabel 4.8 untuk jarak S2 = 50 cm
No S1 (cm)
Tegangan induksi (Vi) Pada Mesh (V)
Tanpa Mesh
Mesh 1 Mesh 4 Mesh 9 Mesh 16
Tanpa ditanahk an Ditanah kan Tanpa ditanahk an Ditanah kan Tanpa ditana hkan Ditana hkan Tanpa ditana hkan Ditana hkan
1 20 506 242 209 198 176 154 143 132 110
2 30 484 209 187 187 176 143 121 121 99
3 40 319 143 132 132 121 121 110 99 88
4 50 286 121 110 110 99 99 88 88 66
5 60 231 88 77 77 66 77 66 77 55
6 70 198 66 66 66 66 66 66 66 44
7 80 165 66 55 55 44 55 55 55 33
8 90 143 55 44 44 44 44 44 44 22
52 4.1.3 Jarak S1 yang tetap, jarak S2 yang variabel, tegangan tinggi yang
dibangkitkan tetap.
P = 754,4 mmHg ; T = 27,3 C ; Vt = 75 kV
a. Tabel 4.9 untuk jarak S1 = 20 cm
No S2 (cm)
Tegangan induksi (Vi) Pada Mesh (V)
Tanpa Mesh
Mesh 1 Mesh 4 Mesh 9 Mesh 16
Tanpa ditanahka n Ditanahk an Tanpa ditanahka n Ditanahk an Tanpa ditanah kan Ditana hkan Tanpa ditanah kan Ditana hkan
1 20 2519 924 803 858 748 847 737 814 704
2 30 2079 737 715 704 616 693 594 583 550
3 40 1628 583 528 561 528 550 495 528 484
4 50 1243 407 385 396 374 385 352 374 341
5 60 924 396 385 352 341 330 308 308 286 6 70 825 253 231 242 231 231 209 220 198 7 80 726 220 198 209 198 187 176 176 154 8 90 616 198 187 187 176 176 165 165 143 9 100 330 187 176 176 165 165 154 154 121
b. Tabel 4.10 untuk jarak S1 = 30 cm
No S2
(cm)
Tegangan induksi (Vi) Pada Mesh (V) Tanpa
Mesh
Mesh 1 Mesh 4 Mesh 9 Mesh 16
Tanpa ditanahka n Ditanahk an Tanpa ditanahka n Ditanahk an Tanpa ditanah kan Ditanah kan Tanpa ditanah kan Ditanah kan
1 20 1045 418 407 440 396 385 330 363 297
2 30 946 418 396 407 374 363 319 341 275
3 40 902 396 385 385 363 330 308 286 253
4 50 715 330 308 319 297 308 286 264 220
5 60 594 297 275 275 264 264 231 220 209
6 70 495 275 264 264 253 242 220 209 187
7 80 462 264 242 253 231 220 198 187 176
8 90 330 176 154 154 132 121 110 99 88
53 c. Tabel 4.11 untuk jarak S1 = 40 cm
No S2 (cm)
Tegangan induksi (Vi) Pada Mesh (V)
Tanpa Mesh
Mesh 1 Mesh 4 Mesh 9 Mesh 16
Tanpa ditanahk an Ditanah kan Tanpa ditanahka n Ditanah kan Tanpa ditana hkan Ditana hkan Tanpa ditana hkan Ditana hkan
1 20 814 352 319 330 308 308 286 297 275
2 30 693 330 297 308 286 297 275 264 253
3 40 682 319 286 297 275 286 264 253 231
4 50 649 297 275 286 264 264 242 242 209
5 60 594 286 264 264 253 242 231 220 198
6 70 539 264 253 242 220 231 209 198 165
7 80 440 253 231 220 209 198 187 176 154
8 90 407 165 143 132 121 121 110 99 88
9 100 286 143 12
![Gambar 2.12 Interferensi Pada Beberapa Peralatan Dari Satu Gangguan Noise [9].](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/149334.11205/39.595.173.481.85.321/gambar-interferensi-pada-beberapa-peralatan-dari-gangguan-noise.webp)
![Tabel 2.1 Material Perisai [10].](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/149334.11205/44.595.134.493.334.547/tabel-material-perisai.webp)
