Pengaruh SKIN EFFECT & PROXIMITY EFFECT terhadap tahanan AC kabel konduktor

Pengaruh SKIN EFFECT & PROXIMITY EFFECT terhadap tahanan AC kabel  konduktor 

-  SKIN EFFECT

Pada artikel sebelumnya telah dijelaskan hubungan antara nilai tahanan AC (Rac) dengan nilai tahanan DC (Rdc), dimana Nila Tahanan AC (Rac) merupakan besaran nilai tahanan DC (Rdc) yang dipengaruhi oleh Skin Effect dan Proximity Effect, sehingga rumus dari tahanan AC menjadi : 

Rac=Rdc[1+αs+αp]

Dimana,

Rac     = Nilai tahanan AC 

Rdc     = Nilai tahanan DC

αs        = Skin effect factor 

αp       = Proximity effect factor 

Adapun Skin Effect sendiri merupakan efek yang ditimbulkan oleh arus AC yang mengalir pada sebuah konduktor yang cenderung menjauhi inti kabil dan hanya mengalir pada bagian pemukaan kabel. 

Semakin tinggi besaran frekuensi arus yang melewati konduktor akan semakin besar kerapatan arus yag mengalir pada permukaan konduktor tersebut. Sehingga kerapatan arus pada pusat konduktor menjadi berkurang. 

Karena penyebaran arus yang tidak merata dan cendrung menjauhi inti kabel kearah luar/permukaan  konduktor, maka luas penampang yang benar benar dimanfaatkan arus untuk mengalir semakin kecil. Dikarenakan luas penampang yang mengecil, maka tahanan pada konduktor meningkat. 

Dibandingkan dengan arus DC pada ukuran konduktor yang sama, ketika arus DC dialiri pada kabel konduktor kerapatan arus pada penampang konduktor terbagi secara merata, dan luas penampang konduktor termanfaatkan seluruhnya, sehingga nilai tahanan DC menjadi rendah.

Perbedaan mendasar antara arus DC dan AC adalah pada nilai frekuensi. Arus AC memiliki siklus gelombang per perioda waktu, sehingga memiliki nilai frekuensi dengan jumlah gelombang tertentu pada range waktu 1 detik. 

Sementara arus DC tidak memiliki perubahan, sehingga nilai frekuensinya adalah 0. Sehingga seperti yang dijelaskan diatas , semakin tinggi frekuensi suatu arus yang melalui suatu konduktor maka semakin besar gaya yang mendorong arus tersebut untuk mengalir pada permukaan kabel konduktor.

Gambar diatas memperlihatkan kerapatan arus pada penampang kabel dengan ukuran yang sama ketika dialiri arus DC maupun AC. Semakin tinggi frekeuensi arus yang mengalir pada kabel konduktor, kerapatan arus cenderung mengecil pada inti kabel konduktor dan tinggi pada sisi luar.

Dengan gambaran diatas, terlihat kenapa tahanan AC lebih besar dari pada tahanan DC pada sebuah kabel konduktor.

Sudah dijelaskan diatas, frekuensi arus sangat berperan dalam membentuk SKIN EFFECT. Pertanyaan selanjutnya adalah seberapa besar area penampang kabel yang efektif digunakan untuk dialiri arus pada fekuensi tertentu. Untuk menjawab hal tersebut, terlebih dahulu kita harus mengenal istilah SKIN DEPTH.

Yaitu seberapa tebal kulit yang dibentuk dari arus AC yang dialirkan pada kabel konduktor itu. Seperti yang terlihat pada gambar dibawah ini.

Ketebalan SKIN DEPTH (d) dipengaruhi oleh besarnya frekuensi dari arus yang mengalir pada kabel konduktor. Semakin rendah frkeuensi maka Skin Depth akan semakin tebal, dan Skin Depth akan mencapai maksimum ketika frkeuensi arus tersebut adalah 0 (arus DC).

SKIN DEPTH (d) dapat dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut :

- PROXIMITY EFFECT (EFEK PROXIMITY)

Ketika dua kabel konduktor yang dialiri arus saling berdekatan akan menimbulkan medan magnet di sekitar konduktor tersebut. Fluks yang dihasilkan oleh masing – msaing kabel konduktor akan saling mempengaruhi konduktor lain dan menghasilkan arus eddy (Eddy Current) yang menyebabkan peningkatan nilai tahanan pada kabel kondktor itu.

Dikarenakan efek proximity ini maka distribusi arus dalam kabel konduktor akan berubah dan arus tersebut cenderung terkonsentrasi jauh dari pusat konduktor. Hal ini menyebabkan berkurangnya luas penampang konduktor.

Berikut adalah gambar distribusi arus dalam kabel konduktor yang saling berdekatan ketika arus mengalir dengan arah yang sama :

Distribusi arus dalam kabel konduktor yang berdekatan ketika arus mengalir dengan arah yang berlawanan :

Efek kulit (Skin Effect) akan menyebabkan arus terkonsentrasi jauh dari pusat kabel konduktor dan semakin tinggi frekuensi arus yang melewati kabel konduktor tersebut, maka skind depth akan menjadi lebih kecil.

Dengan adanya efek proximity, luas area penampang kabel yang sebelumnya sudah diperkecil  oleh Skin Effect akan diperkeil lagi .Sehingga kedua effect ini akan memperbesar nilai tahanan AC pada kabel konduktor.