pengukuran tingkat harmonisa pada beberapa merk

PENGUKURAN TINGKAT HARMONISA PADA BEBERAPA
MERK JUICER (DENGAN STANDAR IEC 61000 3-2)
Vitra Juniva, Rachman Hasibuan
Konsentrasi Teknik Energi Listrik, Departemen Teknik Elektro
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara (USU)
Jl. Almamater, Kampus USU Medan 20155 INDONESIA
e-mail: [email protected]
Abstrak
Harmonisa adalah gejala dari pembentukan gelombang sinus dengan gelombang fundamental yang apabila
digabungkan dengan frekuensi harmonisa akan terjadi nya gelombang yang terdistorsi. Apabila hal ini terjadi
maka akibatnya peralatan listrik akan mengalami efek buruk. Beberapa standar internasional seperti IEC dan IEEE
telah mengeluarkan tingkat harmonisa yang diizinkan pada peralatan listrik. Tulisan ini membahas tentang
pengukuran tingkat harmonisa pada beberapa merk juicer dengan menggunakan acuan standar IEC 61000 3-2.
Pengukuran tingkat harmonisa pada beberapa merk juicer menggunakan alat Fluke 435 power Quality Analyzer.
Alat ini dapat mengukur besar kecilnya harmonisa yang dihasilkan oleh juicer sehingga dapat diketahui apakah
juicer-juicer tersebut memiliki harmonisa yang melebihi standar atau tidak yang diizinkan oleh IEC 61000 3-2.
Kata Kunci: Harmonisa, Juicer, IEC 61000 3-2
1. Pendahuluan
1.1 Latar Belakang
2. Tinjauan Pustaka
Perkembangan kelistrikan belakangan ini
sangat berkembang. Banyak energi-energi
terbarukan yang dihasilkan untuk menghasilkan
daya listrik yang besar pada sistem tenaga.
Seiring dengan perkembangan kelistrikkan
yang pesat maka timbul juga permasalahanpermasalahan. Penggunaan daya listrik
sekarang ini juga makin bertambah. Ini ditandai
dengan banyak nya beban yang dilayani.
Beban-beban ini tidak hanya terbatas pada
beban linier yang menghasilkan gelombang
sinusoidal yang baik, tetapi juga beban-beban
non linier yang menghasilkan gelombang non
sinusoidal. Peralatan-peralatan listrik yang non
linier inilah yang menghasilkan gelombang non
sinusoidal karena telah terdistorsi oleh arus
harmonisa. Peralatan-peralatan non linier ini
diantara nya komputer, Lampu Hemat Energi
(LHE), Unterrupable Power Supplies (UPS).
pendingin AC, Battery Charger, Juicerdan
peralatan elektronik lainnya.
Pada beban non linier ini menghasilkan
harmonisa yang sering disebut dengan Total
Harmonic Distortion (THD) yang cukup tinggi
dan menyebabkan kurang nya faktor daya. Hal
ini dapat menyebabkan transformasi distribusi
melayani beban lebih, bahkan THD ini dapat
menyebabkan gangguan pada peralatanperalatan listrik yang lain. Permasalahan THD
ini dibahas pada standar internasional IEC
61000 3-2, standar ini mengatur tentang kualitas
daya yang diijinkan.
Perkembangan dunia kelistrikan saat ini
menunjukan kemajuan yang pesat, terutama di
bidang eletronika (peralatan elektonik).
Peralatan
listrik
(elektronika
digital)
merupakan beban non linier, hal ini lah yang
menyebabkan terjadi nya harmonisa. Pengaruh
harmonisa terhadap sistem tenaga mempunyai
efek yang buruk terhadap kinierja sistem
tenaga. Juicer merupakan salah satu beban non
liner, karena didalam nya terdapat peralatan
elektronika
yang
dapat
menimbulkan
harmonisa.
2.1 Harmonisa
Harmonisa adalah gejala pembentukanpembentukangelombang
sinus
dengan
frekuensi kelipatan bulat dari frekuensi
fundamental. Gelombang fundamental apabila
digabungkan dengan frekuensi harmonisa akan
menghasilkan gelombang yang terdistorsi[1].
Harmonisa merupakan suatu fenomena
yang terjadi akibat dioperasikannya beban
listrik nonlinier, beban listrik nonlinier adalah
beban listrik yang memiliki sifat menyimpang
dari hukum ohm. Dimana tegangan dan arus
tidak sebanding, artinya respon tegangan yang
diberikan pada beban tidak sebanding dengan
arus beban yang muncul. Beban linier
merupakan kebalikan dari beban non-lionier,
dimana respon tegangan yang diberikan pada
beban sebanding dengan arus yang dihasilkan
(mendekati)[2]. Bentuk gelombang harmonik
– 1–
copyright@ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM
VOL.13 NO.35/OKTOBER 2015
dan bentuk gelombang
dasar (fundamental)
dapat di lihat pada Gambar 1:
tegangan atau arus yang mengandung
komponen individual harmonisa yang
dinyatakan dalam persen terhadap komponen
fundamentalnya[3]. Nilai THD dijadikan
batasan tegangan atau arus harmonik yang
masih dapat ditoleransi dalam suatu
sistemtenaga listrik. Dengan parameter ini,
dapat diketahui apakah distorsi yang terjadi
berada pada tingkat yang dapat diterima atau
pada tingkat yang merugikan. Nilai ini dapat
dihitung untuk tegangan maupun arus [4]:
Besar Total Hamonic Distortion (THD)
untuk tegangan dan arus
adalah pada
persamaan (3) dan (4):
Gambar 1. Gelombang dasar dan gelombang
harmonik
Jika sumber harmonisa yang dihasilkan
oleh beban nonlinier merupakan dari satu
peralatan listrik maka harmonisa yang
dihasilkannya berupa individu, ketika satu
peralatan listrik ini bergabung dengan berbagai
macam beban nonlinier lainnya maka akan
terjadi harmonisa yang banyak. Jika ditotalkan
maka akan dapat harmonisa total dari peralatan
listrik tersebut.
=
V1 : Nilai RMS tegangan atau tegangan
harmonic dasar (fundamental).
=
Dimana THDi
100 % ...................(1)
∑
~
........................(4)
: Total Harmonic Distortion
pada arus
Ih : Nilai RMS arus harmonik ke-h
I1 : Nilai arus RMS atau arus harmonic dasar
(fundamental).
IHDv = IHDv harmonik ke-h (h=2,3,5,…)
c. Beban linier
Beban linier adalah beban yang memberi
bentuk gelombang keluaran yang linier artinya
arus yang mengalir sebanding dengan
impedansi dan perubahan tegangan. Hal ini
menunjukan bahwa gelombang arus sebanding
dengan bentuk gelombang tegangan beban.
Hubungan ini diketahui sebagai hukum Ohm,
dapat dilihat pada persamaan (5):
( )
( )=
................................. (5)
Vh = Nilai RMS tegangan harmonik ke-h
V1 = Nilai RMS tegangan atau tegangan
harmonic dasar (fundamental).
Dimana IHDi
.......................(3)
Vh : Nilai RMS tegangan harmonik ke-h
Dimana :
=
~
Dimana THDv : Total Harmonic Distortion
pada tegangan
a. Individual Harmonic Distortion (IHD)
Distorsi Harmonik Individu atau Individual
Harmonic Distortion (IHD) merupakan rasio
tegangan atau arus antara nilai RMS harmonik
dengan nilai RMS dasar (fundamental). Seperti
persamaan (1) dan (2):
=
∑
100 % ...................(2)
= IHDi harmonik ke-h (h =
2,3,5,…)
Ih = Nilai RMS arus harmonik ke-h
Ini kenapa gelombang tegangan dan arus di
rangkaian listik pada beban linier terlihat sama.
Jika sumber tegangan bersih maka gelombang
arus akan mirip dengan gelombang sumber
tegangannya. Gambar 2 dan 3 merupakan
rangkaian dan kurva pada beban
I1 = Nilai RMS arus atau arus harmonic dasar
(fundamental).
b. Total Harmonic Distortion (THD)
Total Hamonic Distortion (THD ) adalah
indeks yang menunjukkan total harmonisa dari
– 2–
copyright@ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM
VOL.13 NO.35/OKTOBER 2015
I(t)
i (t)
V(t)
V(t)
Gambar 2. Rangkaian beban linier
Gambar 5. Kurva pada beban nonlinier.
I(t)
2.2 Standar IEC 61000 3-2
International Electrotechnical Commission
(IEC) adalah suatu organisasi internasional
yang mengatur tentang standar kelayakan suatu
peralatan listrik. Harmonisa yang terlalu
melewati batas harmonisa yang diijinkan
sebaiknya direduksi ke bawah standar yang
ditetapkan tetapi tidak perlu mengeliminasi
semua harmonisnya.
International Electrotechnical Commission
(IEC) mengeluarkan standar yang mengatur
batasan harmonisa pada beban kecil satu fasa
atau tiga fasa. Untuk beban tersebut digunakan
standar IEC 61000 3-2.
Pada standar IEC 61000 3-2, beban kecil
terbagi atas empat kelas yaitu kelas A, B, C dan
kelas D, dimana masing-masing kelas
mempunyai batasan harmonisa yang berbedabeda yang dijelaskan sebagai berikut [5]:
V(t)
Gambar 3. Kurva pada beban linier
d. Beban non linier
Beban non linier adalah beban yang
menghasilkan bentuk gelombang arus yang
tidak sama dengan bentuk gelombang tegangan
(mengalami distorsi). Beban non linier
umumnya adalah peralatan elektronik yang
didalamnya
terdapat
komponen
semi
konduktor, yang cara kerjanya sebagai saklar
yang berkerja pada setiap siklus gelombang
dari setiap sumber tegangan. Bentuk
gelombang yang dihasilkan oleh komponen
semi konduktor ini tidak menentu sesuai
dengan pengaturan dari komponen semi
konduktor itu sendiri dan perubahan bentuk
gelombang ini tidak terpengaruh oleh
perubahan dari sumber tegangannya. Proses
kerja ini menghasilkan bentuk gelombang yang
tidak sinusoidal. Dapat dilihat pada persamaan
(6):
( )=
( )
1. Kelas A
Kelas ini merupakan kelas yang meliputi
motor listrik dan semua peralatan yang arus nya
tidak lebih dari 16 ampere perfasanya. Batasan
harmonisanya hanya didefinisikan untuk
peralatan satu fasa (tegangan kerja 230V) dan
tiga fasa (230//400V).
2. Kelas B
Kelas ini meliputi semua peralatan tool
portable dimana batasan arus harmonisanya
merupakan harga absolut maksimum dengan
waktu kerja yang singkat.
...................................(6)
Pada Gambar 4 dan 5 merupakan rangkaian dan
kurva pada beban nonlinier.
3. Kelas C
Pada kelas ini peralatan penerangan dengan
daya input aktifnya lebih besar dari 25 watt
termasuk didalamnya. Batasan arusnya
diekspresikan dalam bentuk persentase arus
fundamental.
i (t)
V(t)
4. Kelas D
Pada kelas ini semua jenis peralatan listrik
yang dayanya dibawah 600 watt khususnya
personal komputer, TV, juicer/blender dll.
Gambar 4. Rangkaian beban nonlinier
– 3–
copyright@ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM
VOL.13 NO.35/OKTOBER 2015
Batasan arusnya diekspresikan dalam bentuk
mA/W dan dibatasi pada harga absolut. Tabel
dibawah ini menunjukan batasan harmonisa
untuk kelas A dan kelas D dan penyearah daya
100 watt. Untuk penyearah yang memiliki
distorsi arus gelombang yang tinggi dan banyak
digunakan secara bersamaan maka penyearah
tersebut termasuk kelas D. Sementara untuk
penyearah dengan arus terdistorsi termasuk
katagori kelas A.
4. Analisa dan Pembahasan
Adapun hasil dari pengukuran yang
dilakukan terhadap beberapa merk juicer dapat
dilihat dari Tabel 1:
Tabel 1. Data pengukuran dari beberapa merk
juicer
3.
Metodologi Penelitian
Metodologi penelitian yang diterapkan pada
pengukuran tingkat harmonisa pada beberapa merk
juicer adalah sebagai berikut:
1. Melakukan pengumpulan data tentang
harmonisa dan standar internasional yang
mengatur tentang batasan-batasan nilai
harmonisa yang diizinkan.
2. Melakukan pengukuran tingkat harmonisa pada
beberapa merk juicer serta menganalisis tingkat
harmonisa nya seperti harmonisa arus THDi,
harmonisa tegangan THDv dll.
3. Diagram tahapan penelitian dapat dilihat pada
Gambar 6:
Merk Juicer
Paramet
er
Satuan
V
I
S
P
Q
PF
V
A
VA
Watt
VAR
-
A
225.04
0.49
275.8
260.9
89.2
0.95
B
230.2
0.37
127.4
73.2
104.2
0.57
C
222.39
1.17
467.6
324.2
349.4
0.68
D
224.4
0.44
282.8
278.3
50.2
0.98
E
223.1
1.12
279.7
168.2
223.4
0.60
Cos Phi
-
0.96
0.62
0.99
1.00
0.67
THDv
%
2.3
2.2
2.1
2.2
2.3
THDi
%
18.8
36.3
16.1
19.7
43.8
Freq
Hz
50.11
50.12
50.3
50.15
50.04
Kesimpulan dan Saran
Pengukuran yang dilakukan terhadap juicer
untuk mencari berapa besar tingkat
harmonisanya. Hasil pengukuran tersebut harus
memenuhi standar yang diizinkan dalam hal ini
standart IEC. Batasan arus harmonisa yang
diizinkan dengan menggunakan standar IEC
yaitu kelas D, dimana kelas D ini digunakan
untuk segala jenis peralatan yang dayanya
dibawah 600 Watt khususnya personal
computer (PC), monitor, TV, mixer dan
termasuk di dalamnya juicer. Batasan arus nya
menggunakan bentuk mA/W.
Hasil pengukuran pada Tabel 1 masih
menunjukan bahwa batasan arus yang
digunakan masih dalam bentuk %. Oleh karena
itu, harus menggunakan bentuk mA/W. Dalam
perhitungan berikut ini dapat menunjukkan
apakah arus harmonisa yang diukur melebihi
standar arus harmonisa yang diizinkan oleh IEC
61000 3-2. Perhitungan ini diambil dari data
pengukuran yang dilakukan pada juicer A.
Untuk mencari arus harmonisa dari hasil
pengukuran dapat dicari dengan menggunakan
rumus (7):
........................ (7)
P
(%)
Selesai
Arus harmonisa ke 3 pada juicer dapat
dicari dengan menggunakan persamaan (7):
Mulai
Pengumpulan
Data
Melakukan pengukuran harmonisa arus THDi
Harmonisa tegangan THDi, dan pengukuran daya
Hasil ≥ Standar THD (%)
Analisa
1. Juicer A
Diketahui bahwa:
P = 260W V = 220V
Gambar 6. Diagram Tahapan Penelitian
Cos π = 0.96
– 4–
Hn = 95.1%
copyright@ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM
VOL.13 NO.35/OKTOBER 2015
maka arus harmonisa orde ke 3 dari hasil
pengukuran juicer E adalah :
maka arus harmonisa orde ke 3 dari hasil
pengukuran juicer A adalah:
P
260
(%)
260
.
.
.
.
.
.
. (%)
.
.
. (%)
.
3. Juicer C
Diketahui bahwa:
P = 324.2W
V = 224
Cos π = 0.99
Hn = 70.4%
maka arus harmonisa orde ke 3 dari hasil
pengukuran juicer C adalah :
.
.
.
( )
4. Juicer D
Diketahui bahwa:
P = 278 W
V = 224 V
Cos π = 1.00
Hn = 64.8%
maka arus harmonisa orde ke 3 dari hasil
pengukuran juicer D adalah :
P
.
3.4
0.884
1.174
5
1.9
0.494
0.15
7
1.0
0.260
0.101
9
0.5
0.130
0.114
11
0.35
0.091
0.021
13
0.296
0.076
0.013
15≤n≤39
3.85/n
1.0
0.043
.
Keterangan
Melebihi
standar
Dibawah
standar
Dibawah
standar
Dibawah
standar
Dibawah
standar
Dibawah
standar
Dibawah
standar
Tabel 3. Klasifikasi arus harmonisa pengukuran
berdasarkan standar IEC 61000 3-2 kelas D pada
juicer B.
Harmonisa
ke n
.
( )
5. Juicer E
Diketahui bahwa:
P = 168 W
Cos π = 0.67
Arus
Hamonisa
Hasil
Pengukuran
(A)
3
. (%)
(%)
. (%)
Batasan Arus
Hamonisa Standar
IEC 61000 3-2
(juicer 260W)
(mA/W)
(A)
Setelah dilakukannya pengukuran pada juicer
A dapat dianalisa bahwa batasan arus
harmonisa standar IEC 61000 3-2 dengan hasil
pengukuran terlihat bahwa harmonisa ke 3
melebihi standar yang diizinkan, sedangkan
pada harmonisa berikutnya tidak melebihi
standar yang diizinkan oleh IEC.
. (%)
.
. (%)
.
.
.
(%)
.
( )
.
( )
P
.
Tabel 2. Klasifikasi arus harmonisa pengukuran
berdasarkan standar IEC 61000 3-2 kelas D pada
juicer A.
Harmonisa
ke n
73
. (%)
.
Sebagaimana hasil dari pengukuran tingkat
harmonisa pada beberapa merk juicer. Hasil
dari pengukurannya dapat dilihat di Tabel 2, 3,
4, 5 dan 6:
2. Juicer B
Diketahui bahwa:
P = 73.2W
V = 230 V
Cos π = 0.62
Hn = 45.3%
maka arus harmonisa orde ke 3 dari hasil
pengukuran juicer B adalah :
(%)
. (%)
.
( )
P
(%)
. (%)
.
. (%)
P
V = 223 V
Hn = 72.4%
– 5–
Batasan Arus
Hamonisa Standar
IEC 61000 3-2
(juicer 260W)
(mA/W)
(A)
Arus
Hamonisa
Hasil
Pengukuran
(A)
3
3.4
0.248
0.231
5
1.9
0.138
0.026
7
1.0
0.073
0.025
9
0.5
0.036
0.0097
11
0.35
0.025
0.0056
13
0.296
0.021
0.0025
15≤n≤39
3.85/n
0.281
0.025
Keterangan
Dibawah
standar
Dibawah
standar
Dibawah
standar
Dibawah
standar
Dibawah
standar
Dibawah
standar
Dibawah
standar
copyright@ DTE FT USU
SINGUDA ENSIKOM
VOL.13 NO.35/OKTOBER 2015
Tabel 6. Klasifikasi arus harmonisa pengukuran
berdasarkan standar IEC 61000 3-2 kelas D pada
juicer E.
Setelah dilakukannya pengukuran pada juicer
B dapat dianalisa bahwa batasan arus
harmonisa standar IEC 61000 3-2 dengan hasil
pengukuran terlihat bahwa harmonisa ke 3
tidak melebihi standar yang diizinkan, begitu
juga dengan harmonisa selanjutnya.
Harmonisa
ke n
Tabel 4. Klasifikasi arus harmonisa pengukuran
berdasarkan standar IEC 61000 3-2 kelas D pada
juicer C.
Harmonisa
ke n
Batasan Arus
Hamonisa Standar
IEC 61000 3-2
(juicer 324.2W)
(mA/W)
(A)
Arus
Hamonisa
Hasil
Pengukuran
(A)
3
3.4
1.102
1.038
5
1.9
0.615
0.07
7
1.0
0.324
0.033
9
0.5
0.162
0.036
11
0.35
0.113
0.017
13
0.296
0.095
0.022
15≤n≤39
3.85/n
1.248
0.001
Keterangan
Dibawah
standar
Dibawah
standar
Dibawah
standar
Dibawah
standar
Dibawah
standar
Dibawah
standar
Dibawah
standar
Harmonisa
ke n
3
3.4
1.028
0.80
5
1.9
0.528
0.13
7
1.0
0.270
0.121
9
0.5
0.139
0.057
11
0.35
0.097
0.034
13
0.296
0.082
0.014
15≤n≤39
3.85/n
1.07
0.009
3
3.4
0.571
0.831
5
1.9
0.319
0.08
7
1.0
0.168
0.052
9
0.5
0.087
0.053
11
0.35
0.058
0.0089
13
0.296
0.049
0.0045
15≤n≤39
3.85/n
0.571
0.0067
Keteranga
n
Melebihi
standar
Dibawah
standar
Dibawah
standar
Dibawah
standar
Dibawah
standar
Dibawah
standar
Dibawah
standar
5. Kesimpulan
Berdasarkan hasil analisa dan pembahasan
dapat diambil kesimpulan :
1. Ada beberapa juicer yang menghasilkan arus
harmonisa lebih besar dari juicer lainnya,
sehingga juicer-juicer tersebut memiliki
harmonisa yang melebihi standar yang
diizinkan oleh IEC 61000 3-2.
2. Pada setiap juicer menghasilkan arus harmonisa
yang berbeda-beda. Arus harmonisa orde ke-3
lebih besar dari arus harmonisa orde ke-5, orde
ke-7, orde ke-9 dan seterusnya.
Tabel 5. Klasifikasi arus harmonisa pengukuran
berdasarkan standar IEC 61000 3-2 kelas D pada
juicer D.
Arus
Hamonisa
Hasil
Pengukuran
(A)
Arus
Hamonisa
Hasil
Pengukuran
(A)
Setelah dilakukannya pengukuran pada juicer E
dapat dianalisa bahwa batasan arus harmonisa
standar IEC 61000 3-2 dengan hasil pengukuran
terlihat bahwa harmonisa ke 3 melebihi standar yang
diizinkan, sedangkan pada harmonisa berikutnya
tidak melebihi standar yang diizinkan oleh IEC.
Setelah dilakukannya pengukuran pada juicer
C dapat dianalisa bahwa batasan arus
harmonisa standar IEC 61000 3-2 dengan hasil
pengukuran terlihat bahwa harmonisa ke 3
tidak melebihi standar yang diizinkan, begitu
juga dengan harmonisa selanjutnya.
Batasan Arus
Hamonisa Standar
IEC 61000 3-2
(juicer 260W)
(mA/W)
(A)
Batasan Arus
Hamonisa Standar
IEC 61000 3-2
(juicer 168.2W)
(mA/W)
(A)
Keterangan
Dibawah
standar
Dibawah
standar
Dibawah
standar
Dibawah
standar
Dibawah
standar
Dibawah
standar
Dibawah
standar
Setelah dilakukannya pengukuran pada juicer D
dapat dianalisa bahwa batasan arus harmonisa
standar IEC 61000 3-2 dengan hasil pengukuran
terlihat bahwa harmonisa ke 3 tidak melebihi standar
yang diizinkan, begitu juga dengan harmonisa
selanjutnya.
– 6–
6. Daftar Pustaka
[1] Setiawan, Awan, Kajian Pengaruh
Harmonisa Terhadap Sistem Tenaga
Listrik, Jurnal ELTEK, vol. 05, no. 2, pp.
22-31, Oktober 2007.
[2] Mulyana, Elih, Pengukuran Harmonisa
Tegangan dan Arus Listrik di Gedung
Direktorat TIK Universitas Pendidikan
Indonesia,
Universitas
Pendidikan
Indonesia.
[3] Dugan, Roger C. and Mcgranaghan, Mark
F and Surya Santoso and Beaty Wayne. H,
Electical Power System Quality, McGrowhill Companies, 2004.
[4] Wakileh G.J, 2001,
Power System
Harmonics: Fundamental, Analysis and
Filter Design, Springer Velag Press.
[5] Abidin, Muhammad Nazaruddin Zainal,
IEC61000 3-2 Harmonics Standards
Overview, Scaffner EMC Inc, Edison, NJ,
USA.
copyright@ DTE FT USU