...

STUDI EFEK HARMONISA PADA LAMPU HEMAT

by user

on
Category: Documents
0

views

Report

Comments

Transcript

STUDI EFEK HARMONISA PADA LAMPU HEMAT
STUDI EFEK HARMONISA PADA LAMPU HEMAT ENERGI
(LHE Ber SNI dan LHE tanpa SNI)
Irnanda Priyadi, ST, MT
Yenni Suhartini, ST, MT
Staf pengajar Teknik Elektro UNIB
Abstract
Nowadays, the using of energy saving lamp (LHE) in our society is getting more increase day after day since energy
crisis. Based on industrial department as mentioned in Republika website, the need of LHE in Indonesia on 2009
will be increased until 60%. As known, in general there are two categories of LHE’s type used in our society. They
are licensed LHE’s and not licensed LHE’s. Both of them have different characteristic each other. Usually, not
licensed LHE’s have bad impact in their lifetime. On the other hand, LHE is one of the major factors of harmonic
causes in power systems. This paper focus on how far harmonics affect to the lifetime of energy saving lamp in
electric power system.
I.
Latar Belakang
Penggunaan Lampu Hemat Energi
(LHE) semakin meningkat semenjak terjadinya
krisis energi ditanah air. Berdasarkan data
Ketua Umum Asosiasi Perlampuan Indonesia
(Aspelindo) perkiraan konsumsi LHE tahun
2010 bisa mencapai 200 juta unit atau naik dari
tahun 2009 lalu yang hanya 160 juta unit. Dari
160 juta unit tersebut, sekitar 135 juta unit
merupakan LHE impor, dan sisanya domestik.
Dari sumber yang berbeda, menurut Kasubdit
Pengawasan Barang Beredar dan Jasa Ditjen
Perdagangan Dalam Negeri Departemen
Perdagangan, berdasarkan hasil razia di
sejumlah kota kedapatan beberapa merek LHE
tidak ber SNI, terutama produk impor.
Tingginya minat konsumen terhadap
LHE yang tidak ber SNI ini disebabkan karena
harga LHE tanpa SNI di pasaran lebih murah
dibandingkan harga LHE ber SNI (harga LHE
tanpa SNI kisaran Rp.4.500,- sampai
Rp.5.000,-per
unit).
Namun
dalam
penggunaannya, masa usia pakai LHE tanpa
SNI umumnya jauh lebih singkat dari LHE ber
SNI. Salah satu faktor yang mempengaruhi
umur suatu peralatan adalah melihat efek
harmonisa yang dihasilkan oleh peralatan
tersebut. Djiteng [4], dalam papernya
menyebutkan bahwa salah satu contoh alat
yang mempunyai impedansi tidak linier
sehingga bisa menjadi penyebab terjadinya efek
harmonisa pada sistem tenaga adalah lampu
dengan pelepasan gas. Paper ini akan mengkaji
efek harmonisa yang dihasilkan oleh LHE
tanpa SNI lalu membandingkan hasilnya
dengan LHE ber SNI menggunakan standar
harmonisa tegangan IEEE 519.
II.
Tinjauan Pustaka
II.1. Lampu Hemat Energi (LHE)
Lampu Hemat Energi adalah jenis
lampu fluorescent yang menggunakan ballast
elektronik. Prinsip kerja lampu LHE
berdasarkan pelepasan muatan listrik (emisi),
pelepasan elektron dari kutub negatif ke kutub
positif. Elektron yang terlepas ini akan
bertabrakan dengan atom gas yang diisikan ke
dalam tabung tersebut. Tumbukan elektron dan
atom gas ini akan menghasilkan elektron yang
akan menabrak atom berikut, dan seterusnya.
Perpindahan elektron yang akan menabrak
atom berikutnya inilah yang akan menghasilkan
energi listrik.
Adapun atom yang tidak cukup energi
untuk lepas dari ikatan atom akan mengalami
perpindahan dari tingkat energi rendah ke
tingkat energi tinggi. Karena pada tingkat
energi tinggi ini keadaan elektron tidak stabil
maka ia akan kembali ke lintasan semula
(tingkat energi lebih rendah) sambil
mengeluarkan gelombang elektromagnetik
yang merupakan sinar ultra violet. LHE
mengubah energi listrik menjadi energi cahaya
berdasarkan pada berpendarnya radiasi ultra
violet pada permukaan yang dilapisi dengan
serbuk fluorescent misalnya jenis phospor.
Pada LHE, proses emisi elektron
dilakukan dengan proses pemanasan elektrodaelektroda terlebih dahulu, proses ini dilakukan
oleh alat yang dikenal dengan nama starter
(penganjak). Untuk dapat menyala maka lampu
tabung fluorescent memerlukan tegangan yang
cukup tinggi yaitu kurang lebih 400 volt, jadi
tegangan ini jauh lebih tinggi dari tegangan
jala-jala yang tersedia, oleh karena itu fungsi
starter
selain
membantu
memanaskan
elektroda, juga berfungsi sebagai alat untuk
menciptakan tegangan penyalaan bagi lampu.
Jika penyalaan telah selesai dilakukan,
arus listrik akan mengalir melalui tabung lampu
fluorescent, dan karena tegangan pada starter
lebih besar sehingga bimetal pada starter akan
terbuka. Oleh karena lampu fluorescent
memiliki karakteristik arus - tegangan negatif,
artinya tegangan pada lampu akan turun bila
arus naik dan sebaliknya tegangan pada lampu
akan naik bila arus turun, maka setelah proses
penyalaan berlangsung, arus yang lewat pada
tabung akan naik sampai tegangan kerja pada
lampu tercapai. Tegangan ini jauh lebih rendah
dari tegangan jala-jala.
Untuk memelihara tegangan kerja inilah
maka pada lampu jenis fluorescent digunakan
alat bernama ballast. Fungsi utama dari ballast
adalah mengendalikan arus yang mengalir ke
dalam tabung lampu sehingga lampu dapat
beroperasi pada karakteristik listrik yang
sesuai.
Gambar 1. Skema Dasar LHE
dengan impedensi dan perubahan tegangan.
Sedangkan beban non linier adalah bentuk
gelombang keluarannya tidak sebanding
dengan tegangan dalam setiap setengan siklus
sehingga bentuk gelombang arus maupun
tegangan keluarannya tidak sama dengan
gelombang masukannya (mengalami distorsi).
Fenomena ini disebut sebagai harmonisa.
Timbulnya harmonisa pada sistem tenaga listrik
salah satunya disebabkan oleh adanya alat-alat
yang mempunyai impedansi tidak linier.
Contoh peralatan dengan impedansi tidak linier
yang
sekarang
pemakaiannya
sangat
berkembang adalah lampu hemat energi.
II.2. Harmonisa
Dalam sistem tenaga listrik dikenal dua
jenis beban yaitu beban linier dan beban non
linier. Beban linier adalah beban yang
memberikan bentuk gelombang keluaran yang
linier artinya arus yang mengalir sebanding
Harmonisa adalah sebuah fenomena
pada sistem tenaga listrik yang menimbulkan
permasalahan
kualitas
dimana
bentuk
gelombang arus atau tegangan dari suplai akan
menjadi terdistorsi sehingga bisa menimbulkan
bahaya pada peralatan listrik. Dalam definisi
lain harmonisa juga diartikan sebagai gejala
pembentukan gelombang-gelombang dengan
frekuensi berbeda yang merupakan perkalian
bilangan bulat dengan frekuensi dasarnya.
Bilangan bulat pengali pada frekuensi
harmonisa adalah orde (n) dari harmonisa
tersebut. Sebagai contoh, frekuensi dasar dari
sistem kelistrikan di Indonesia adalah 50 Hz
maka harmonisa kedua adalah 2 x 50 Hz (100
Tabel 1. Standard Harmonisa Arus
Hz), ketiga adalah 3 x 50 Hz (150 Hz), dan
seterusnya hingga harmonisa ke n yang
memiliki frekuensi n x 50 Hz.
Standar harmonisa diukur berdasarkan
standar IEEE 519. Ada dua kriteria yang
digunakan untuk mengevaluasi distorsi
harmonisa. Yaitu batasan untuk harmonisa
arus, dan batasan untuk harmonisa tegangan.
Untuk standard harmonisa arus, ditentukan oleh
rasio Isc/IL. Isc adalah arus hubung singkat yang
ada pada PCC (Point of Common Coupling),
sedangkan IL adalah arus beban fundamental
nominal. Sedangkan untuk standard harmonisa
tegangan ditentukan oleh tegangan sistem yang
dipakai. [5]
arus dikatakan akan terdistorsi. Untuk
memperjelas pemahaman tentang harmonisa,
perhatikan gambar di bawah ini. Pada gambar 2.
menunjukkan sebuah gelombang dasar yang
sempurna dengan nominal 3 Ampere pada
frekuensi 50 Hz atau 20 milisecond per siklus.
Sedangkan pada gambar 3. menunjukkan sebuah
gelombang harmonisa arus orde ke-3. Jadi pada
gambar tersebut besar arusnya adalah 1/3 dari
arus gelombang dasar yaitu 1 ampere dengan
frekuensi 150 Hz, atau 3 kali dari frekuensi
gelombang dasar.
Tabel 2. Standard Harmonisa Tegangan
Distorsi
dari
bentuk
gelombang
harmonisa-harmonisa yaitu kedua, ketiga dan
seterusnya dijumlahkan dengan gelombang Gambar 2. Bentuk Gelombang Arus Dasar yang
dasar, maka bentuk gelombang tegangan atau Dihasilkan Sumber
Total Harmonic Distortion
didefinisikan sebagai berikut:
(THD),
yang
Dimana:
In : arus harmonisa pada orde ke-n
I1 : arus fundamental (Irms)
Dengan rumus yang sama, gangguan harmonisa
total untuk tegangan juga dapat dihitung yaitu
mengganti komponen I dengan V.
Gambar 3. Bentuk Gelombang Harmonisa Orde
III.
Metode Penelitian
ke-3
Suatu sinyal arus yang murni sinusoida,
Peralatan ukur yang digunakan : Osiloskop,
dihasilkan oleh suatu sumber yang sedang
multimeter dan KWH meter.
mensuplai beban seperti terlihat pada gambar 1.
Peralatan lampu yang akan diuji :
Gambar 2 menunjukkan suatu sinyal arus yang
juga sinusoida namun memiliki amplitudo 1/3
LHE 15 watt merek X yang harganya Rp.
kali dan frekuensi tiga kali sinyal pertama. Hal
5.000,- sebagai LHE tanpa SNI
ini bisa saja terjadi, misalkan bila suatu sumber
LHE 15 watt merek Y yang harganya Rp.
mensuplai beban non linier seperti LHE.
30.000,- sebagai LHE ber SNI
Jadi, seandainya sinyal yang pertama
Lampu pijar 15 watt merek Y sebagai
dinyatakan dalam :
pembanding
Maka sinyal kedua adalah :
Rangkaian penelitian dirangkai seperti pada
gambar 4 berikut :
Apabila sinyal i1
dan i2
di atas
disuperposisikan, maka hasilnya adalah suatu
sinyal yang dinyatakan sebagai :
i3 = i1 + i2 =
I [ sin (ωt) + (1/3) sin (ωt) ]
yang bentuk sinyalnya adalah seperti
gambar 3 di bawah ini :
Gambar 4. Rangkaian Pengujian LHE
Setelah rangkaian pengujian disusun
seperti gambar 4, pengujian pertama dilakukan
dengan mengukur keluaran tegangan sebelum
LHE dihidupkan. Pengujian kedua dilakukan
Gambar 3. Bentuk Gelombang Arus yang dengan menggunakan LHE 15 watt merek X.
Terdistorsi Harmonisa Orde ke-3
Lalu keluaran gelombang tegangan diukur
Besar total gangguan dari harmonisa pada menggunakan osiloskop. Selanjutnya pengujian
suatu sistem tenaga listrik dinyatakan dengan ketiga dilakukan dengan menggunakan LHE 15
watt merek Y sedangkan LHE 15 watt merek X
di off-kan. Berikutnya pengujian keempat
dilakukan dengan menggunakan kedua lampu Gambar 6. Output LHE tanpa SNI
LHE 15 watt merek X dan Y. Terakhir pengujian
kelima hanya dilakukan dengan menggunakan
lampu pijar 15 watt merek Y.
IV.
Hasil dan Pembahasan
Dengan menggunakan osiloskop, pengujian
pertama menghasilkan output gelombang tegangan
keluaran berupa gelombang murni sinusoida yang
belum terjadi distorsi (cacat) (gambar 5). Pada
pengujian kedua, ketiga dan keempat setelah dibebani
LHE menghasilkan gelombang tegangan keluaran
yang
sudah
terdistorsi
dari
gelombang
fundamentalnya. Dari ketiga bentuk kombinasi
Gambar. 7. Output LHE ber SNI
pengujian menggunakan LHE, terlihat distorsi
gelombang tegangan keluaran cukup tinggi terjadi
pada lampu LHE 15 watt merek X yang berkategori
tidak ber SNI. Sebagai pembanding, pengujian juga
dilakukan terhadap beban lampu pijar 15 watt merek
Y yang menghasilkan gelombang tegangan keluaran
yang tidak terdistorsi.
Gambar 8. Output LHE SNI dan tanpa SNI
Gambar 5. Output Gelombang Sumber
Gb. 9. Output pijar LHE ber SNI
Dari gambar hasil pengujian dan data
sistem dapat diketahui bahwa efek harmonisa
yang tertinggi terjadi pada pengujian kedua.
Harmonisa yang terjadi saat pengujian
menggunakan LHE 15 watt merek X tanpa SNI
adalah harmonisa kelima. Sedangkan harmonisa
yang terjadi pada LHE 15 watt merek Y ber SNI
adalah
harmonisa
ketiga.
Pengurangan
harmonisa yang terjadi pada LHE ber SNI
dibandingkan LHE tanpa SNI bila dikaji dari
gambar rangkaian bisa disebabkan karena pada
LHE ber SNI terdapat rangkaian boost converter
/ filter (L2 dan C7 pada gambar 7) yang bisa
memperbaiki efek harmonisa.
V.
1.
2.
3.
4.
Gambar 10. Contoh Rangkaian LHE tanpa SNI
Kesimpulan dan Saran
Kesimpulan
Terdapat dua kategori LHE yang
digunakan masyarakat, LHE ber SNI
dan LHE tanpa SNI. LHE tanpa SNI
menghasilkan harmonisa yang lebih
tinggi dari LHE ber SNI.
Tingkat Harmonisa yang lebih buruk
akan mempengaruhi umur LHE
dibandingkan tingkat harmonisa yang
lebih baik.
Penambahan rangkaian filter/ boost
converter berupa komponen L dan C
akan mengurangi efek harmonisa
yang terjadi pada LHE.
LHE
banyak
digunakan
oleh
masyarakat
karena
apabila
dibandingkan dengan lampu jenis
pijar, maka lampu jenis LHE tampak
mempunyai efisiensi yang lebih
tinggi yaitu dengan besar daya yang
sama, diperoleh kuat penerangan
yang lebih besar, selain itu pada
lampu jenis pijar, banyak energi
listrik yang diubah menjadi energi
panas saja.
Saran
Perlu dilakukan studi pembanding
untuk menghitung tingkat harmonisa
yang dihasilkan dari LHE tanpa SNI
dan LHE ber SNI menggunakan
standar harmonisa arus.
Daftar Pustaka
1. http://www.aperlindo.com
2. http://industri.kontan.co.id
3. http://www.elektroindonesia.com/elektro/
ener25.html
4. Djiteng Marsudi, Ir., 2002, Pengaruh
Harmonisa Dalam Pasokan Tenaga
Listrik.
Prosiding
Seminar
Kiat
Gambar 11. Contoh Rangkaian LHE ber SNI
5.
6.
7.
8.
Menghadapi Krisis Energi Listrik,
Universitas Trisakti, Jakarta.
James J.Burke, Power Distribution
Engineering – Fundamentals And
Applications, New York : Marcel Dekker
Inc., 1994.
Liem Ek Bien & Sudarno, Pengujian
Harmonisa Dan Upaya Pengurangan
Gangguan Harmonisa
Pada Lampu
Hemat Energi, JETri, Volume 4, Nomor
1, Agustus 2004, Halaman 53-64, ISSN
1412-0372
Bambang Purwahyudi, Pembandingan
Kendali Arus Puncak dan Histerisis pada
Rangkaian Koreksi Faktor Daya AC/DC
Boost Converter, hal 107-114
Julius Sentosa Setiadji dkk, Pengaruh
Harmonisa Pada Gardu Trafo Tiang Daya
100 KVA Di PLN APJ Surabaya Selatan,
paper.
Fly UP