## Pengaruh Medan Listrik Terhadap Komponen Elektronik
Effect Of Voltage Induction For The  Electronic Equipment

## Amril
Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Padang Kampus Limau Manis Padang 25163 Telp. 0751-72590 Fax. 0751-72576 Email: amril.mt@gmail.com

## Abstract
This  research  reviewed  the  effect  of  induction  voltage  resulting  of  the  electromagnetic  induction  from  the thunderbolt  attack  to  the  electronic  equipment  especially  if  the  induction  effect  to  the  component  has  a  high sensitivity  rate  that  was  IC  CMOS  component.  In  this  study  the  experiments  done  in  the  laboratory  of  High Voltage Technique where the impulse voltage as a simulation to the thunderbolt external voltage surge for the Electronic  circuit.  Experiment  I  the  distance  component  of  the  test  article  to  the  test  point  was  5  cm  with  the impulse voltage of 99.3 kV, induction voltage 158.41 V, Experiment II with the distance of 7.5 cm, the impulse voltage 88.3 kV so the induction voltage 105.62 V IC, in the experiment III the distance of the test article was 10 cm from the test point. The impulse voltage 88.3 kV and the induction voltage was 79.2 V, In the experiment IV the component distance was 15 cm. the impulse voltage 88.3 kV and the induction voltage as big as 52.74 V. From each experiment IC make damage, where distance component from each experiment settled more distant so  component  no  make  damage.  From  the  measurement  and  calculation  yields  then  the  induction  voltage resulted  will  damage  the  IC  component  conformed  to  the  yield  presented  by  Hasse  in  the  table  2.1  where  the component  CMOS  70-100V.  Where  the  study  results  proved  that  the  electromagnetic  induction  from  indirect thunderbolt  attach  can  result  an  interference  and  damage  to  the  electronic  component  tested,  as  the  distance between the component and the ball gap to the impulse tension was very influential in determining of damaged mechanism of IC in self.
Keywords: IC Cmos, Equipment electronic, Induction Voltager

## PENDAHULUAN
Petir  merupakan  salah  satu  fenomena alam yang terjadi akibat pemisahan muatan elektrik  diatmosfir,  dengan  adanya  awan yang  bermuatan  akan  timbul  muatan induksi pada muka bumi. Jika medan listrik yang terjadi  melebihi medan tembus udara, akan terjadi peluahan muatan, pada saat itu terjadi  petir.  Karena  sifat  fisiknya  yang sukar  dikendalikan,  maka  petir  dapat membahayakan  objek  di  muka  bumi maupun  diangkasa  baik  akibat  sambaran langsung  maupun  tidak  tangsung  (radiasi, konduksi dan induksi). Pengaruh petir pada peralatan elektronika tersebut kadang terjadi,  secara  visual  tidak  terlihat,  namun sangat  fatal  karena  dapat  merusak  data, menghentikan  operasi  dan  lain  sebagainya. Kegagalan  pada  sistem  dengan  sistem sensitivitas  tinggi  ini  biasanya  disebabkan
oleh pelepasan elektrostatik, tegangan lebih surya,  dan  tegangan  lebih  karena  sambaran petir.
Pelepasan  muatan  elektro  statis  secara langsung  maupun  tidak  langsung  atau dengan  cara  induksi  saat  ini  merupakan salah  satu  fenomena  yang  berbahaya terhadap perangkat dan peralatan elektronik moderen  terutama  terhadap  rangkaian- rangkaian yang mempergunakan komponen CMOS, karena piranti CMOS arus keluaran dikendailikan  oleh  medan  listrik,  jika tegangan  lebih  tersebut  hanya  beberapa puluh  volt  akan  dapat  merusak  kinerja  dari komponen  tersebut.  Kerusakan  komponen atau peralatan elektronik yang menggunakan  dasar  IC  CMOS  pada dasarnya terlampaunya ambang batas kemampuan  menerima  induksi  medan listrik  akibat  kontak  langsung  ataupun
secara  induksi  oleh  sumber  tegangan  dari luar.  Hal  ini  didukung  oleh  Hasse  (1992) yang  membuat  batas  kerentangan  tegangan lebih terhadap rangkaian integrasi teknologi MOS.  Penelitian  lain  yang  mendukung adalah  Bowers  dkk  (1983)  yang  meneliti kerusakan  IC  54L04 (TTL, hex  inverter low  power )  dan  MOSFET  3N171  akibat pengaruh  induksi  elektrostastik  dan  Praven Kumar  Reddy  (1997),  di  mana  peralatan semikonduktor baik langsung maupun tidak langsung  rentan  terhadap  kerusakan  laten jika subjeknya induksi elektrostatik. Gammil  dan  Soden  (1986)  melaporkan kerusakan  kerusakan  beberapa  komponen semikonduktor  akibat  pengaruh  induksi elektrostatik.  Thief  The  Lai  (1989)  induksi elektrostatik  sangat  sensitive  terhadap komponen  pasif  thin-film,  dari  penelitian yang  terdahulu  meneliti  tentang  kerusakan piranti akibat induksi elektrostatis, sedangkan  penelitian  yang  dilakukan  ini meneliti tentang piranti yang sangat popular digunakan  pada  peralatan  elektronika  yaitu CMOS,  di  mana  CMOS  tersebut  arus keluarannya  dikendalikan  oleh  medan listrik,  penelitian  dilakukan  dengan  system simulasi  dilaboratorium  Teknik  Tegangan Tinggi  UGM  dengan  memberikan  induksi medan  listrik secara  tidak  langsung terhadap piranti elektronika.

## METODOLOGI
Metodologi penelitian bertujuan
menjelaskan langkah-langkah yang dilakukan  agar  memperoleh  hasil.  Hal  ini mencakup  seluruh  perencanaan  penelitian, prosedur  pengambilan  data,  menganalisa data.  Adapun  prosedur  pelielitian  ini adalah..
1. Persiapan  rangkaian  sederhana  dengan komponen  yang  terdiri  dari:  Integreted Circuit  (IC)  CMOS  4011,  Resistor- resistor  karbon,  LED  (light  emiting diode) dll.
2. Persiapan  peralatan  simulasi  Tegangan Tinggi  dengan  peralatan  yang  terdiri dari: Satu unit alat pembangkit tegangan tinggi type D205 (UGM-LL041) buatan
Jepang  AC  50  kV,  DC  70  kV  dan  satu unit sela bola type M - 75 - 62,5 dengan spesifikasi gap 0 - 70 mm.
Penelitian  ini  dilaksanakan  dengan mengikuti  urutan  prosedur  sebagai  berikut: (l).Catat temperatur ruangan saat percobaan berlangsung, (2).Rangkaian percobaan dengan jarak 5 cm dari sela bola pengujian, (3).  Mengatur  sela  bola  pengujian  dengan nilai bervariasi serta mengatur tegangan DC yang  ditunjukkan  oleh  Volt  meter  pada meja  kontrol,  sampai  terjadi  tegangan tembus  pada  sela  bola  pengujian,  (4). Trigger  secara  manual  dengan  tombol tersedia  dimeja  kontrol,  jika  sela  bola belum  tercapai  tegangan  tembus  dan  tidak mempengaruhi  kinerja  komponen,  naikkan tegangan  dc  dan  atur  sela  bola  sehingga dapat  memberikan  tegangan  induksi  yang berarti terhadap kinerja komponen elektronik,  (5).  Catat  tegangan  output  DC setiap  melakukan  trigger  jika  tejadi tegangan tembus pada sela bola pengujian,(6).  Laksanakan  point  2,3,4,5 untuk masing-masing jarak 7,5 cm, 10 cm, (5 cm, (7). Tabulasi data, (8).Analisis data.

## HASIL
Dari hasil perhitungan dan pengukuran langsung terhadap benda percobaan dengan  sistem  simulasi  dilaboratorium Teknik  Tegangan  Tinggi,  maka  dapat diperoleh data-data yang dibutuhkan untuk analisis tegangan lebih yang terjadi karena induksi elektromagnetik akibat petir terhadap  peralatan  elektronik  sebagai berikut:
1. Hubungan jarak antara piranti elektronik  terhadap  tegangan  impuls yang dihasilkan rangkaian RLC
untaian, jarak benda percobaan terhadap  sela  bola  sejauh  5  cm sebagaimana  yang  ditunjukkan  pada Tabel. L
2. Hubungan jarak antara piranti elektronika  terhadap  tegangan  impuls yang dihasilkan rangkaian RLC untaian, jarak benda percobaan dengan
titik  uji  sejauh  7,5  cm  sebagaimana yang ditunjukkan pada Tabel 2.
3. Hubungan jarak antara piranti elektronika  terhadap  tegangan  impuls yang dihasilkan rangkaian RLC untaian, jarak benda percobaan dengan titik uji 10 cm sebagaimana ditunjukkan pada Tabel 3.
4. Hubungan jarak antara piranti elektronika  terhadap  tegangan  impuls yang dihasilkan rangkaian RLC
untaian, jarak benda percobaan dengan
sela bola 15 cm sebagaimana ditunjukkan pada Tabe1.4
Pada  saat  percobaan  dilaksanakan, dimana  temperatur  udara  dilaboratorium:  T = 30 o C
Tabel 1. Jarak Komponen Percobaan terhadap sela bola 5 cm
Jarak Komponen (cm) Jarak sela bola (mm) Tegangan DC (KV) Tegangan Impuls (KV) Keterangan 5 60 10 17,92 * 5 60 12 24,19 * 5 60 14 28 * 5 60 16 32,59 * 5 60 18 36,62 * 5 60 20 41,72 * 5 60 22 45,36 * 5 60 24 49,56 * 5 60 26 56,76 * 5 60 28 58,8 * 5 60 30 63 * 5 60 32 70 ** 5 60 34 79,8 ** 5 60 36 88,3 **
Keterangan:
*   Rangkaian Percobaan tidak mengalami gangguan ** IC Rusak total semua LED tidak bekerja
Tabel 2. Jarak Komponen Percobaan terhadap sela bola 7,5 cm
Jarak Komponen (cm)
Jarak sela bola (mm) Tegangan DC (KV) Tegangan Impuls (KV) Keterangan 7,5 60 10 17,92 * 7,5 60 12 24,19 * 7,5 60 14 28 * 7,5 60 16 32,59 * 7,5 60 18 36,62 * 7,5 60 20 41,72 * 7,5 60 22 45,36 * 7,5 60 24 49,56 *
7,5 60 26 56,76 * 7,5 60 28 58,8 * 7,5 60 30 63 * 7,5 60 32 70 * 7,5 60 34 79,8 ** 7,5 60 36 88,3 ** Keterangan:
*   Rangkaian Percobaan tidak mengalami gangguan
** IC Rusak total semua LED tidak bekerja
Tabel 3. Jarak Komponen Percobaan terhadap sela bola 10 cm
Jarak Komponen (cm) Jarak sela bola (mm) Tegangan DC (KV) Tegangan Impuls (KV) Keterangan 10 60 10 17,92 * 10 60 12 24,19 * 10 60 14 28 * 10 60 16 32,59 * 10 60 18 36,62 * 10 60 20 41,72 * 10 60 22 45,36 * 10 60 24 49,56 * 10 60 26 56,76 * 10 60 28 58,8 * 10 60 30 63 * 10 60 32 70 ++ 10 60 34 79,8 * 10 60 36 88,3 ** Keterangan:
*   Rangkaian Percobaan tidak mengalami gangguan ** IC Rusak total semua LED tidak bekerja ++ IC Mengalami gangguan (1 satu gerbang rusak)
Tabel 4. Jarak Komponen Percobaan terhadap sela bola 15 cm
Jarak Komponen (cm) Jarak sela bola (mm) Tegangan DC (KV) Tegangan Impuls (KV) Keterangan 15 65 10 17,92 * 15 65 12 24,19 * 15 65 14 28 * 15 65 16 32,59 * 15 65 18 36,62 * 15 65 20 41,72 * 15 65 22 45,36 * 15 65 24 49,56 * 15 65 26 56,76 * 15 65 28 58,8 * 15 65 30 63 * 15 65 32 70 *
15 65 34 79,8 * 15 65 36 88,3 ** Keterangan:
*   Rangkaian Percobaan tidak mengalami gangguan ** IC Mengalami gangguan (1 satu gerbang rusak)

## PEMBAHASAN
Dari  hasil  percobaan  yang  dipaparkan pada  tabel  I  sampai  tabel  IV,  dengan pertolongan  perumusan  berikut  ini  dapat ditentukan  besarnya  induksi  medan  listrik yang rnenimbulkan kerusakan pada komponen elektronik.
2 sin 2 . . 4 0    r q E 
Untuk  menentukan  besar  medan  listrik pada  suatu  titik  percobaan,  maka  terlebih dahulu ditentukan besar kapasitansi
Pada  konduktor  yang  berbentuk  bola, dengan mempergunakan persamaan berikut :
r v q C . . . 4     

## Pengujian I
Besar  muatan  yang  dihasilkan  pada tegangan induksi 88,3 kV adalah:
q  =  V.C  =  306,578  nC,  besar induksi  pada  loop  bujur  sangkar  dengan jarak  5  cm  dari  benda  percobaan:  V ind = 422,43 . 0,375 = 158,41 Volt.
Pengujian II
Besar  muatan  yang  dihasilkan  pada tegangan impuls 88,3 kV adalah:
q  =  V.C  =  306,578  nC,  besarnya tegangan  induksi  dengan  jarak  7,5  cm terhadap  suatu  loop  yang  bujur  sangkar adalah:  V ind =  2814,65  .  0,375  =  105,62 Volt.

## Pengujian III
Besar  muatan  yang  dihasilkan  pada tegangan impuls 88,3 kV adalah:
q = V.C = 306,578 nC, besar medan listrik  pada  titik  percoban  dengan  jarak  10 cm  pada  suatu  loop  yang  bujur  sangkar adalah: V ind = 211,21 . 0,375 = 79,2 Volt.

## Pengujian IV
Besar  muatan  yang  dihasilkan  pada tegangan impuls 88,2 kV adalah:
q  =  V.C  =  306,23  nC,  maka  besar medan  listrik  yang  dihasilkan  pada  titik percobaan  dengan  jarak  15  cm  suatu  loop yang  bujur  sangkar  adalah:  V ind =  140,62  . 0,375 = 52,74 Volt.

## Hubungan  Antara  Tegangan  Induksi Terhadap Jarak Komponen
Dari  hasil  pengukuran  serta  hasil perhitungan  pada  percobaan  I  sampai percobaan IV dengan tegangan impuls pada saat  88,3  kV,  maka  didapati  suatu hubungan antara tegangan induksi terhadap jarak  komponen  seperti  terlihat  pada  tabel berikut:
Tabel 5. Hubungan antara tegangan induksi terhadap jarak komponen
Pengujian Jarak Komponen dari sela bola Tegangan Induksi (Vm) Keterangan I 5 158,41 * II 7.5 105,62 * III 10 79,2 ** IV 15 52,74 ** Keterangan *   Rusak total semua LED tidak bekerja
** Mengalami gangguan operasi
Gambar  berikut  memperlihatkan grafik  hubungan  antara  tegangan  induksi terhadap jarak komponen percobaan melalui perhitungan, besar tegangan induksi terhadap jarak komponen sangat
mempengaruhi  kerusakan  dari  kinerja komponen  tersebut,  semakin  jauh  jarak komponen  maka  tegangan  induksi  yang datang semakin berkurang.
Gambar 1. Hubungan antara tegangan impuls terhadap jarak komponen

## SIMPULAN
1. Gelombang elektromagnetik yang dihasilkan  oleh  petir  dimana  membawa dampak negatif terhadap kinerja komponen  elektronik  jika  sambaran yang  dihasilkan  baik  secara  langsung maupun tidak langsung
2. Pengujian  1  jarak  komponen  percobaan terhadap  sela  bola  sejauh  5  cm,  besar tegangan  induksi  158,41  Volt,  terdapat pengaruh pada piranti elektronik dimana IC CMOS mengalami kerusakan total.
3. Pada  pengujian  II  jarak  komponen percobaan  terhadap  titik uji  7,5  cm  dan tegangan impuls  88,3 kV menghasilkan tegangan induksi 105,62 Volt, komponen elektronik mengalami
gangguan operasi  yaitu satu gerbang IC tidak berfungsi. 4. Pada pengujian III jarak antara komponen  terhadap  titik  uji  10  cm dengan  tegangan  impuls  88,3  kV menghasilkan  tegangan  induksi  105,62 volt,  komponen  elektronik  mengalami gangguan operasi  yaitu satu gerbang IC tidak berfungsi.
5. Pada  pengujian  IV  jarak  komponen elektronik  terhadap  titik  uji  15  cm, dengan  tegangan  impuls  88,3  kV menghasilkan  tegangan  induksi  52,74
V, piranti elektronik mengalami gangguan operasi, dimana IC mengalami kerusakan satu gerbang
6. Dari  hasil  penelitian  dan  perhitungan bahwa  tegangan  induksi  yang  terjadi
rata-rata  menyebabkan  kerusakan  pada komponen  elektronik,  dimana  tegangan induksi  tersebut  terdapat  dalam  batas rentetan  tegangan  lebih  yang  dapat merusak kinerja komponen CMOS yang dipaparkan oleh Hasee yaitu 50 – 100 V
7. Besarnya tegangan induksi yang dihasilkan akibat induksi elektromagentik  akibat  petir  terhadap peralatan  elektronik  sangat  dipengaruhi oleh  jarak  benda  percobaan  terhadap titik uji.

## DAFTAR PUSTAKA
Arismunandar. A., 1994., ”Teknik
Tegangan  Tinggi” ,  hal,  28-32  PT.
Pradnya Paramita, Jakarta.
Bowers,  M.C,  Rossi  dan  Beall,  J.R,  1983, ”A Study of  ESD Latent Effects  in Semiconductors” , Fifth Overstress/Electronic Discharge Symposium Proceedings, September E.  Buchanan.  James.,  1991, “BICMOS  /
CMOS  Systems  Design”, hal.  35-
40 Singapore.
Gammill,  P.E  dan  Soden,  J.M,  1986,
”Latent Failures Due to Electrostatic  Discharge  in  CMOS Integrated Circuit” Eight Overstress/Electronic Discharge Symposium Proceedings, September.1
Greason,  D.  William, “Constant  Charge and  Constant  Potential  Models For Electrostatic Discharge (ESD)” , Departement of Engineering Faculty of Engineering  Science  University  of Westem  Ontario  London,  Ontario, Canada, N6A 5B9. Hassan, Asnawi., 1970, “Elektromagnetika” ,  hal  71-74 Pradnja Paramita, Jakarta
Hasse,  P.,  1992., ”Over  voltage Protection of Low Voltage System” , hal 27-41 British Library Cataloguing Publication Data, Inggris. Matisoff,  S.  Benard,  P.E.,  CmfgE,  1986,
“Hand  Book  of  Electrostatic Discharge Controls (ESD)” , hal 9-
13 Van Nostrand Reinhold Company, New York.
Ogawa,  Seiki  Co.,  LTD.  Instruction
Manual, “High  Voltage  Testing Device” .
P.Praveen. Kumar Reddy., 1997, “Electrostatic  Discharge-A  Threat To  Electronic  Devices” ,  M.V.S.R. Engineering College, Osmania Univesity, Hyderabad 500 007.
Reltz  R.  John.,  1993, “Dasar  Teori  Listrik Magnit” ,  hal  34-35  Penerbit  ITB Bandung.