SIMULASI PENGUKURAN PENGARUH PERISAIAN KONDUKTOR TERHADAP KESESUAIAN ELEKTROMAGNETIK

(1)

TUGAS AKHIR

SIMULASI PENGUKURAN PENGARUH PERISAIAN KONDUKTOR TERHADAP

KESESUAIAN ELEKTROMAGNETIK

Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro

O L E H

060402065

SUKESIH

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

ABSTRAK

Kesesuaian elektromagnetik adalah suatu keadaan lingkungan elektromagnetik yang tidak saling mempengaruhi antara satu sistem dengan sistem yang lain. Ketidaksesuaian elektromagnetik dapat menimbulkan tegangan gangguan yang dapat mempengaruhi kinerja sistem. Apabila hal ini berlangsung lama dapat menimbulkan kerusakan pada sistem tersebut. Oleh sebab itu untuk menghasilkan kesesuaian elektromagnetik diperlukan desain peralatan yang baik. Salah satu cara yang dapat dilakukan adalah dengan membuat perisai pada peralatan.

Perisaian adalah teknik pencegahan dan pengurangan interferensi elektromagnetik dengan cara melapisi alat atau sistem agar tidak terpengaruh atau mempengaruhi lingkungan disekitarnya. Salah satu contoh sederhana yang dapat dilakukan untuk melihat adanya tegangan gangguan ( noise ) yang mempengaruhi peralatan adalah dengan membuat simulasi pengukuran tegangan gangguan pada konduktor yang diperisai.

Dua konduktor yang membentuk gandengan kapasitif, dimana pada salah satu konduktor dipasang perisai. Pada saat konduktor yang lain diberi tegangan, maka dapat diukur besar tegangan gangguan pada konduktor yang diperisai.

Dalam tugas akhir ini, saya akan membahas tentang teori dasar kesesuaian elektromagnetik yang dapat menimbulkan noise dan interferensi, teori dasar perisaian sebagai antisipasi timbulnya noise, dan simulasi perisaian konduktor untuk mengukur tegangan noise.

(3)

KATA PENGANTAR

Syukur Alhamdulillah dan segala puji bagi Allah Yang Maha Kuasa, karena dengan ijin-Nya penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul “Studi Pendahuluan Percobaan Kesesuaian Elektromagnetik Di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara”.

Penulisan Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan studi dan memperoleh gelar Sarjana Teknik di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Penulis juga menyadari betapa berartinya bantuan material, moral dan spiritual dari berbagai pihak yang selama ini di terima penulis selama menjalani kuliah dan selama penulisan Tugas Akhir ini. Untuk itu penulis mengucapkan terimakasih yang sangat dalam kepada :

1. Yang tersayang orang tua penulis, ayahanda Suparjo dan ibunda Siti Naimah, saudara-saudara penulis Suparti, Spdi dan Sugiarto, ST.

2. Bapak Prof. Dr. Ir. Usman Baafai, selaku ketua Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

3. Bapak Rachmad Fauzi, ST, MT, selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

4. Bapak Ir. Syahrawardi, selaku dosen pembimbing. Terimakasih atas segala bimbingan bapak, arahan dan motivasi yang bapak berikan kepada penulis sehingga Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik.

5. Bapak Ir. Hendra Zulkarnain, selaku dosen wali yang selalu membantu dan membimbing penulis selama kuliah.

6. Seluruh staf pengajar Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara yang telah mendidik penulis menuju jenjang Sarjana.

7. Seluruh staf pegawai Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara yang selalu membantu penulis dalam urusan administrasi.

8. Teman istimewa penulis ( Fahmi Hidayat, ST), terimakasih karena sabar memberi semangat dan membantu penulis.

9. Seluruh teman-teman asisten dan pegawai Laboratorium Pengukuran Listrik, Fakultas Teknik USU (Supenson, mudin, B’Megi, B’Cuib dan B’Dian), terimakasih atas bantuan dan semangat yang diberikan.

(4)

10.Sahabat – sahabat sejati stambuk 2006 ( Ina Koenenk, Liza Kocik, Sanita Canted, Muti, Pingkan, Teguh, Bale, Folda, Taufik, Nasir, Randi, Frans, Jaitun, Jhon C, Martua, Denny, Ibenk, Helmi, Roji, Salman, Topan, Royen, Roiden, Reinhat, Budiman, Angga, Iqbal, Fauji, Alfi, Jemi, azhari, Agung dan yang lain yang tidak dapat disebutkan satu per satu oleh penulis) terimakasih untuk semua persahabatan yang kita buat, dukungan, semangat dan semua yang telah kalian berikan sangat berarti bagi penulis.

11.Para senior dan junior yang turut ambil andil membantu penulis, dan semua pihak yang tak dapat disebutkan satu persatu, penulis mengucapkan banyak terimakasih. Penulis menyadari sepenuhnya bahwa masih banyak kekurangan dalam Tugas Akhir ini. Oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun dari para pembaca untuk kesempurnaan Tugas Akhir ini.

Penulis berharap Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi kita semua, dan akhir kata penulis ucapkan terimakasih.

Medan, 15 Oktober 2010 Penulis

(5)

DAFTAR ISI

Hal.

Abstrak ... i

Kata Pengantar ... ii

Daftar Isi ... iv

Daftar Gambar ... vii

Daftar Tabel ... x

BAB I PENDAHULUAN ... 1

I.1 Latar Belakang ... 1

I.2 Tujuan dan Manfaat Penulisan ... 1

I.3 Batasan Masalah ... 1

I.4 Metode Penulisan ... 2

I.5 Sistematika Penulisan ... 2

BAB II TEORI DASAR KESESUAIAN ELEKTROMAGNETIK II.1 Umum ……… 3

II.2 Gelombang Elektromagnetik... 4

II.3 Kesesuaian Elektromagnetik (Electromagnetic Compatibility / EMC)……… 8

II.4 Interferensi Elektromagnetik... 14

II.5 Ruangan Anechoic Untuk Pengukuran Interferensi Radiasi Elektromagnetik dan Radiasi Suseptibilitas Elektromagnetik... 19

II.5.1 Ruangan Anechoic………. 19

II.5.2 Pengukuran Menggunakan Ruangan Anechoic…….…. 21

a. Pengukuran Radiasi Elektromagnetik………. 21

b. Pengukuran Radiasi Suseptibilitas... 22

(6)

II.6.1 Teori Perisaian (shielding)……… 24

II.6.2 Perisaian Material... 32

II.6.3 Perisaian Kabel... 33

II.6.4 Perisaian Konduktor... 37

BAB III PERCOBAAN PENGUKURAN TEGANGAN GANGGUAN III.1 Simulasi Percobaan Pengukuran Tegangan Gangguan (Noise Voltage) Pada Konduktor Dengan Perisai Tembaga Padat……….... 43

III.1.1 Pengukuran Pada Jarak Konduktor – Konduktor dan Jarak Konduktor Tanah = 30 cm ………. 43

III.1.1a. Panjang Perisai = 10 m...………..…….. 43

III.1.1b. Panjang Perisai = 9 m ... ... 45

III.1.1c. Panjang Perisai = 8 m………...… 47

III.1.1d. Panjang Perisai = 7 m…………..……… 49

III.1.1e. Panjang Perisai = 6 ………. 51

III.1.1f. Panjang Perisai = 5 ………. 54

III.1.2. Pengukuran Pada Jarak Konduktor – Konduktor dan Jarak Konduktor Tanah = 60 cm... 56

III.1.2a Panjang Perisai = 10 m ………... 56

III.1.2b. Panjang Perisai = 9 m ……….….. 58

III.2.2c. Panjang Perisai = 8 m ………... 60

III.2.2d. Panjang Perisai = 7 m ……….….. 62

III.2.2e. Panjang Perisai = 6 m ……… 64

III.2.2f. Panjang Perisai = 5 m ………. 66

III.2. Simulasi Percobaan Pengukuran Tegangan Gangguan (Noise Voltage) Pada Konduktor Dengan Perisai Kawat Mesh ……… 68

(7)

III.2.1 Pengukuran Pada Jarak Konduktor – Konduktor dan Jarak Konduktor

Tanah = 30 cm ………... . 68

III.2.1a. Panjang Perisai = 10 m ……….. 68

III.2.1b Panjang Perisai = 9 m ………. 70

III.2.1c Panjang Perisai = 8 m ……….. 72

III.2.1d Panjang Perisai = 7 m ………. 75

III.2.1e Panjang Perisai = 6 m ……….. 77

III.2.1f Panjang Perisai = 5 m ……….. 79

III.2.2 Pengukuran Pada Jarak Konduktor – Konduktor dan Jarak Konduktor Tanah = 60 cm ………... . 81

III.2.2a. Panjang Perisai = 10 m ……….. 81

III.2.2b Panjang Perisai = 9 m ………. 83

III.2.2c Panjang Perisai = 8 m ……….. 85

III.2.2d Panjang Perisai = 7 m ………. 88

III.2.2e Panjang Perisai = 6 m ……….. 90

III.2.2f Panjang Perisai = 5 m ……….. 92

III.3. Simulasi Percobaan Pengukuran Tegangan Gangguan (Noise Voltage) Pada Konduktor Dengan Perisai Kayu……… 94

III.2.1 Pengukuran Pada Jarak Konduktor – Konduktor dan Jarak Konduktor Tanah = 60 cm ………... . 94

BAB IV ANALISA, KESIMPULAN DAN SARAN IV.1. Data Hasil Pengukuran….………..…….. 97

(8)

IV.3. Kesimpulan……… 99 IV.4. Saran……….. 99

DAFTAR PUSTAKA ... … 100

(9)

DAFTAR GAMBAR

2.1.(a). Rangkaian Fisik Gandengan Kapasitif.

(b). Rangkaian Ekivalen Gandengan Kapasitif... 4

2.2.(a). Rangkaian Fisik Gandengan Induktif. (b). Rangkaian Ekivalen Gandengan Induktif…... 5

2.3. Diagram Blok Kesesuaian Elektromagnetik………. 9

2.4. Aspek Dasar Kesesuaian Elektromagnet……….. 9

2.5. Subsistem Dasar Kesesuaian Elektromagnetik………. 10

2.6. Transfer Energi Elektromagnet………. 12

2.7. Diagram Interferensi Elektromagnetik……….. 15

2.8. Sumber Interferensi Elektromagnetik……… 16

2.9. Interferensi Intra Peralatan………. 17

2.10. Interferensi Satu Alat dari Gangguan Beberapa Sumber Noise………… 17

2.11. Interferensi Beberapa Alat dari Gangguan Satu Sumber Noise………... 18

2.12. Ruangan Gelombang Mikro Anechoic... 19

2.13. Karbon Dilapisi Busa Piramid... 20

2.14. Ruangan Anechoic dengan Lantai Kayu Platform………... 21

2.15. Skema Pengukuran Radiasi Emisi ... 21

2.16. Skematik Pengukuran Radiasi Suseptibilitas... 22

2.17. Grafik Penyimpangan Karakteristik Daya dan Jarak... 24

2.18. Perisaian Untuk Mencegah Emisi Sistem Keluar Dari Batas Perisai... 26

2.19. Pencegahan Emisi Radiasi Dari Luar Sistem... 26

(10)

2.21. Variasi Gelombang Impedansi Pada Fungsi Jarak... 28

2.22. Perisai Laminasi Multimedia... 29

2.23. Perisai Isolasi Ganda... 31

2.24. Kabel Twinax... 34

2.25. Kabel Quadrax... 34

2.26. Kabel Triax... 34

2.27. Model Kopling Transfer Impedansi pada Kabel Koaksial... 35

2.28. Perisai Berbentuk Pipa... 36

2.29. (a) Gandengan Kapasitif Antara Dua Konduktor. (b)Rangkaian Ekivalen Gandengan Kapasitif Antara Dua Konduktor... 37

2.30. (a). Perisaian Kopling Kapasitif. (b). Rangkaian Ekivalen Perisaian Kopling Kapasitif……….. . 39

2.31. (a). Perisaian Gandengan Kapasitif dengan Perisai Ditanahkan. (b). Rangkaian Ekivalen Perisaian Gandengan Kapasitif dengan Perisai Ditanahkan... 40

2.32. (a). Perisaian Gandengan Kapasitif dengan Resistansi Terbatas. (b). Rangkaian Ekivalen Perisaian Gandengan Kapasitif dengan Resistansi Terbatas... 41

3.1. Rangkaian Percobaan Pengukuran Tegangan Gangguan (Noise Voltage) Untuk Perisai Tembaga 10 m Pada Jarak 30 cm………... 44

3.2. Simulasi Percobaan Pengukuran Tegangan Gangguan (Noise Voltage) Untuk Perisai Tembaga 10 m Pada Jarak 30 cm.……… 44

3.3. Rangkaian Percobaan Pengukuran Tegangan Gangguan (Noise Voltage) Untuk Perisai Tembaga 9 m Pada Jarak 30 cm ……….. . 46

(11)

3.4. Simulasi Percobaan Pengukuran Tegangan Gangguan (Noise Voltage) Untuk Perisai Tembaga 9 m Pada Jarak 30 cm ………. 46

(12)

3.25. Rangkaian Percobaan Pengukuran Tegangan Gangguan (Noise Voltage) Untuk Perisai Kawat Mesh 10 m Pada Jarak 30 cm ……….. . 69

3.26. Simulasi Percobaan Pengukuran Tegangan Gangguan (Noise Voltage) Untuk Perisai Kawat Mesh 10 m Pada Jarak 30 cm ………. 70

3.27. Rangkaian Percobaan Pengukuran Tegangan Gangguan (Noise Voltage) Untuk Perisai Kawat Mesh 9 m Pada Jarak 30 cm ………..……….. . 71

3.28. Simulasi Percobaan Pengukuran Tegangan Gangguan (Noise Voltage) Untuk Perisai Kawat Mesh 9 m Pada Jarak 30 cm ………. 72

3.29. Rangkaian Percobaan Pengukuran Tegangan Gangguan (Noise Voltage) Untuk Perisai Kawat Mesh 8 m Pada Jarak 30 cm ……… . 73

(13)

3.30. Simulasi Percobaan Pengukuran Tegangan Gangguan (Noise Voltage) Untuk Perisai Kawat Mesh 8 m Pada Jarak 30 cm ……… 74

(14)

3.49. Rangkaian Percobaan Pengukuran Tegangan Gangguan (Noise Voltage) Untuk Perisai Kayu Pada Jarak 60 cm ……… . 95

3.50. Simulasi Percobaan Pengukuran Tegangan Gangguan (Noise Voltage) Untuk Perisai Kayu Pada Jarak 60 cm ……… 96

(15)

DAFTAR TABEL

2.1. Spektrum Elektromagnetik……… 6

2.2. Material yang Dapat Menghasilkan Muatan Elektrostatis……… 13

2.3. Material Perisai... 33

3.1. Ukuran Kapasitor untuk perisai 10 m……… 43

3.2. Hasil Simulasi Tegangan Noise untuk Perisai Tembaga 10 m Pada Jarak 30 cm.……….……. 45

3.3. Ukuran Kapasitor untuk Perisai Tembaga 9 m Pada Jarak 30 cm……... 45

3.4. Hasil Simulasi Tegangan Noise untuk Perisai Tembaga 9 m Pada Jarak 30 cm ………... 47

3.5. Ukuran Kapasitor untuk Perisai Tembaga 8 m Pada Jarak 30 ..………... 47

(16)

3.14. Hasil Simulasi Tegangan Noise untuk Perisai Tembaga 10 m Pada Jarak 60 cm ………... 57 3.15. Ukuran Kapasitor untuk Perisai Tembaga 9 m Pada Jarak 60 ..………... 58 3.16. Hasil Simulasi Tegangan Noise untuk Perisai Tembaga 9 m Pada Jarak 60

cm ………... 60 3.17. Ukuran Kapasitor untuk Perisai Tembaga 8 m Pada Jarak 60 ..………... 60 3.18. Hasil Simulasi Tegangan Noise untuk Perisai Tembaga 8 m Pada Jarak 60

cm ………... 68 3.25. Ukuran Kapasitor untuk Perisai Kawat Mesh 10 m Pada Jarak 30 ..…… 69 3.26. Hasil Simulasi Tegangan Noise untuk Perisai Kawat Mesh 10 m Pada Jarak 30 cm ………... 70 3.27. Ukuran Kapasitor untuk Perisai Kawat Mesh 9 m Pada Jarak 30 ..……. 71 3.28. Hasil Simulasi Tegangan Noise untuk Perisai Kawat Mesh 9 m Pada Jarak 30

(17)

3.29. Ukuran Kapasitor untuk Perisai Kawat Mesh 8 m Pada Jarak 30 ..……. 73 3.30. Hasil Simulasi Tegangan Noise untuk Perisai Kawat Mesh 8 m Pada Jarak 30

cm ………... 74 3.31. Ukuran Kapasitor untuk Perisai Kawat Mesh 7 m Pada Jarak 30 ..……. 75 3.32. Hasil Simulasi Tegangan Noise untuk Perisai Kawat Mesh 7 m Pada Jarak 30

cm ………... 80 3.37. Ukuran Kapasitor untuk Perisai Kawat Mesh 10 m Pada Jarak 60 .…… 81 3.38. Hasil Simulasi Tegangan Noise untuk Perisai Kawat Mesh 10 m Pada Jarak 60 cm ………... 83 3.39. Ukuran Kapasitor untuk Perisai Kawat Mesh 9 m Pada Jarak 60 ..………... 84 3.40. Hasil Simulasi Tegangan Noise untuk Perisai Kawat Mesh 9 m Pada Jarak 60

cm ………... 85 3.41. Ukuran Kapasitor untuk Perisai Kawat Mesh 8 m Pada Jarak 60 ..………... 86 3.42. Hasil Simulasi Tegangan Noise untuk Perisai Kawat Mesh 8 m Pada Jarak 60

cm ………... 87 3.43. Ukuran Kapasitor untuk Perisai Kawat Mesh 7 m Pada Jarak 60 ..………... 88

(18)

3.44. Hasil Simulasi Tegangan Noise untuk Perisai Kawat Mesh 7 m Pada Jarak 60 cm ………... 90 3.45. Ukuran Kapasitor untuk Perisai Kawat Mesh 6 m Pada Jarak 60 ..……. 90 3.46. Hasil Simulasi Tegangan Noise untuk Perisai Kawat Mesh 6 m Pada Jarak 60

cm ………... 94 3.49. Ukuran Kapasitor untuk Perisai Kayu..………... 94 3.50. Hasil Simulasi Tegangan Noise untuk Perisai Kayu……….. 96

4.1. Data analisis simulasi tegangan noise untuk perisai tembaga padat pada jarak antar konduktor dan konduktor – tanah = 30……….. 97

4.2. Data analisis simulasi tegangan noise untuk perisai tembaga padat pada jarak antar konduktor dan konduktor – tanah = 60 cm,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,..……. 97

4.3. Data analisis simulasi tegangan noise untuk perisai kawat mesh pada jarak antar konduktor dan konduktor – tanah = 30 cm ………..……… 98

4.4. Data analisis simulasi tegangan noise untuk perisai tembaga padat pada jarak antar konduktor dan konduktor – tanah = 60 cm,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,..……. 98

4.5. Data analisis simulasi tegangan noise untuk perisai kayu pada jarak antar konduktor dan konduktor – tanah = 60 cm………,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,..……. 98