tingkat distorsi harmonisa pada lampu essensial

TINGKAT DISTORSI HARMONISA PADA LAMPU
ESSENSIAL YANG BERBEDA MERK
Luqman Assaffat1)
1)
Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Semarang
Jl. Kasipah no 10 -12 Semarang – Indonesia
e_mail : [email protected]
ABSTRACT
Essential Lamp (SL) is a type of low pressure mercury lamp that works on the discharge of
electrons inside the tube and using an electronic switch equipment as a replacement ballast for
limiting the current function. Because of the working principle, the essensial lamp can be
classified as a non-linier electrical load
In the electric power system, a non linear loads will produce an electrical power pollution.
It is called harmonics. Harmonics are multiples of the frequency of a fundamental frequency of
wave. Harmonics generated by the non-linier loads that will accumulate and delivered to the
power system. So the harmonics will be able to disrupt the power quality of electrical power
systems.
As a non-linear load, essential lamps produce harmonic distortion, both harmonic
currents and voltage. In this study concluded that the different brands of essential lamp showed the
different value of Total HarmonicsDistortion (THD)
Keywords :Essensial Lamp, Harmonics, THD, Power Quality, PQ Analyzer
ABSTRAK
Lampu essensial (SL) adalah lampu penerangan jenis lampu merkuri tekanan rendah yang
bekerja berdasarkan lucutan elektron di dalam tabung dan menggunakan peralatan saklar elektronik
sebagai pengganti fungsi ballast untuk pembatas arusnya. Karena prinsip kerja tersebut maka
lampu essensial dapat dikelompokkan sebagai beban listrik tak linier.
Di dalam sistem tenaga listrik, beban-beban tak linier akan menghasilkan suatu polusi
tenaga listrik yang disebut sebagai harmonisa. Harmonisa adalah terjadinya suatu kelipatan
frekuensi dari frekuensi gelombang dasarnya. Harmonisa yang dihasilkan oleh beban-beban listrik
non linier yang terakumulasi dan akan dikirimkan ke sistem tenaga listrik. Sehingga harmonisa ini
akan dapat mengganggu kualitas daya dari sistem tenaga listrik.
Sebagai beban non linier, lampu essensial menghasilkan distorsi harmonisa, baik
harmonisa arus maupun harmonisa tegangan. Pada penelitian ini disimpulkan bahwa lampu
essensial yang berbeda merk menunjukkan nilai tingkat distorsi harmonisa (THD) yang berbeda
pula.
Kata kunci : lampu essensial, harmonisa, THD, kualitas daya, PQ analyzer
1.
Lampu Hemat Energi
Salah
satu
langkah
untuk
adalah lampu penerangan[1]. Pengurangan
menghemat penggunaan energi listrik
pemakaian
adalah mengurangi pemakaian energi
penerangan dapat dilakukan dengan cara
listrik yang digunakan untuk penerangan,
penggunaan lampu hemat energi baik di
sebab 32% beban listrik di Indonesia
tingkat rumah tangga, komersial atau
!"
" # $
energi
listrik
"
% &'(()
$ " *
untuk
bisnis maupun di sektor industri[2].
2.
Lampu hemat energi yang dikenal luas
Tujuan
Tujuan
penelitian
yang
ingin
oleh masyarakat adalah lampu essensial,
dicapai adalah untuk menganalisa tingkat
di mana lampu jenis ini menghasilkan
harmonisa (THD) yang ditimbulkan oleh
cahaya yang terang meskipun konsumsi
lampu essensial yang berbeda merk.
dayanya rendah. Sebagai contoh, lampu
essensial 7 watt akan menghasilkan
3.
Harmonisa
cahaya setara dengan lampu TL 40
watt[3].
Maka
masyarakat
tidak
ramai
menggunakan
-
lampu
Harmonisa
heran
apabila
pembentukan
ramai
beralih
dengan
essensial
serta
merupakan
gelombang-gelombang
frekuensi
merupakan
gejala
berbeda
yang
bilangan
bulat
perkalian
[5]
meninggalkan lampu pijar dan lampu TL
dengan frekuensi dasarnya . Frekuensi
yang
dianggap
listrik.
Sehingga
memboroskan
energi
dasar sistem tenaga listrik di Indonesia
penggunaan
lampu
adalah
50
Hz,
sehingga
essensial sebagai lampu hemat energi di
mempunyai
frekuensi
masyarakat semakin luas.
kelipatan dari 50 Hz.
harmonisa
dengan
nilai
Sebagai contoh, harmonisa kedua
Penggunaan lampu essensial oleh
masyarakat yang semakin luas sebagai
adalah
lampu
sebesar 100 Hz, harmonik ketiga adalah
banyak
hemat
energi,
perusahaan
penerangan
menyebabkan
industri
lampu
berinovasi
dan
gelombang
dengan
frekuensi
gelombang dengan frekuensi sebesar 150
Hz
dan
seterusnya.
Gelombang
-
mengembangkan produk lampu essensial
gelombang ini kemudian menumpang
untuk menarik perhatian masyarakat.
pada gelombang murni atau aslinya
Setiap merk lampu essensial yang beredar
sehingga terbentuk gelombang cacat yang
di masyakarat belum tentu mempunyai
merupakan jumlah antara gelombang
kualitas
murni
yang
sama,
sehingga
diperkirakan akan mempunyai tingkat
sesaat
dengan
gelombang
harmoniknya[5].
distorsi harmonisa yang berbeda[4]. Oleh
sebab itu, diperlukan suatu penelitian
yang
simultan
karakteristik
untuk
distorsi
mengetahui
harmonisa
dari
3.1. Distorsi Harmonisa
Harmonisa
dapat
menyebabkan
suatu distorsi harmonisa, yaitu suatu
beberapa merk lampu essensial yang
gangguan
yang
terjadi
pada
sistem
beredar di masyarakat.
distribusi tenaga listrik akibat terjadinya
distorsi gelombang arus dan tegangan.
+ ,$
-"" ..
Tingkat
distorsi
harmonisa
untuk kuantitas tunggal, Total Harmonics
dijelaskan melalui spektrum harmonisa
Distortion
(THD)
/
Distorsi
Total
yang lengkap dengan magnitude dan
Harmonisa , sebagai ukuran nilai efektif
sudut fase masing – masing komponen
dari distorsi harmonisa[6].
harmonisa tunggal. Hal yang juga umum
Gambar 1. Bentuk gelombang harmonisa dengan frekuensi dasar 60 Hz
Gambar 2. Spektrum harmonisa
Nilai Distorsi Harmonisa Total
tegangan V maupun besaran arus I ,
(THD) dari suatu gelombang dapat
sehingga THDV nilai distorsi harmonisa
dihitung dengan formula
[6]
:
total tegangan dan THDI nilai distorsi
harmonisa total arus listrik, dimana :
hmax
M h2
THD =
(1)
h=2
hmax
M1
THDV =
Di mana M h
adalah nilai rms
komponen harmonisa h dari kuantitas M
. Kuantitas
!"
M dapat berupa besaran
" # $
"
Vh2
h=2
V1
(2 )
hmax
tegangan adalah pendekatan dari jumlah
I h2
h=2
THD I =
yang sebenarnya. Hal ini tidak berlaku
(3)
I1
untuk arus listrik, karena sebuah arus
Nilai
rms
dari
total
yang
bentuk
mempunyai
tidak
setiap komponen harmonisa, tetapi akar
dapat
dapat
digunakan
untuk
menggambarkan keadaan suatu sistem[6].
kuadrat dari penjumlahan kuadratnya.
Standar harmonisa berdasarkan standar
Hubungan THD dengan nilai rms
IEEE 512-1992. Ada dua kriteria yang
dari gelombang adalah[5] :
digunakan untuk mengevaluasi distorsi
harmonisa.
rms =
kecil
menghasilkan THD yang tinggi, sehingga
gelombang bukanlah penjumlahan dari
hmax
nilai
M h2
harmonisa
(4)
h =1
Yaitu
arus,
batasan
dan
untuk
batasan
untuk
harmonisa tegangan. Untuk standard
harmonisa arus, ditentukan oleh rasio
rms = M 1 + 1 + THD 2
(5)
I SC I L . I SC adalah arus hubung singkat
yang ada pada PCC (Point of Common
Tegangan
harmonisa
selalu
Coupling), sedangkan I L adalah arus
dijadikan suatu pedoman untuk nilai
beban fundamental nominal. Sedangkan
dasar dari bentuk gelombang sesaat.
untuk
Karena tegangan mempunyai persentase
standard
harmonisa
tegangan
ditentukan oleh tegangan sistem yang
perbedaan yang kecil, di mana THD
dipakai[5].
Tabel 1. Batas distorsi arus (dalam % IL) untuk sistem distribusi umum (120-69.000 V)
h > 35
I SC I L
h < 11
11 < h < 17
17 < h < 23
23 < h < 35
<20
4,0
2,0
1,5
0,6
0,3
5,0
20 – 50
7,0
3,5
2,5
1,0
0,5
8,0
50 – 100
10,0
4,5
4,0
1,5
0,7
12,0
100 – 1000
12,0
5,5
5,0
2,0
1,0
15,0
> 1000
15,0
7,0
6,0
2,5
1,4
20,0
THDI
+ ,$
-"" ..
Tabel 2. Batas distorsi tegangan (dalam % Vi)
<20
Harmonisa
Individual
(%)
4,0
20 – 50
7,0
3,5
50 – 100
10,0
4,5
100 – 1000
12,0
5,5
> 1000
15,0
7,0
Tegangan PCC
THDV
(%)
2,0
3.2. Lampu Essensial Sebagai Sumber
dan untuk membangkitkan tegangan kejut
Harmonisa
saat awal penyalaan lampu. Balast yang
Lampu essensial atau sering disebut
digunakan pada lampu Essential (SL)
lampu SL merupakan hasil inovasi
adalah ballast elektronik yang terdiri dari
teknologi yang berkembang terhadap
rangkaian penyearah, induktor, kapasitor
lampu
serta rangkaian inverter seperti yang
flourescent
(TL).
Jika
dibandingkan dengan lampu TL, lampu
essensial
ini
mempunyai
ditunjukkan oleh gambar 4.[7]
banyak
Berdasarkan uraian di atas, sumber
kelebihan, antara lain bentuk yang relatif
harmonisa yang dihasilkan oleh lampu
kecil dan memiliki tingkat kenyamanan
essensial SL adalah berasal dari dua
yang lebih baik untuk pencahayaannya.
faktor, yaitu [5]:
Selain itu untuk ukuran pencahayaan
1. Proses
yang sama (lumen) lampu essensial
lucutan
elektron
yang
menghasilkan busur api
menyerap daya yang lebih kecil, sehingga
2. Rangkaian elektronika daya yang
lampu essensial disebut sebagai lampu
terdiri dari penyearah dan inverter
hemat energi.[7]
Prinsip kerja dari lampu essensial
Tingkat distorsi harmonisa yang
adalah sama dengan lampu neon di mana
dihasilkan
cahaya yang dihasilkan oleh lampu
tergantung dari jenis dan tipe dari lampu
berdasarkan lucutan elektron yang terjadi
essensial tersebut[8]. Distorsi harmonisa
melalui
akan
yang dihasilkan oleh lampu essensial
ultraviolet.
menyebabkan faktor daya dari lampu
Ballast pada lampu essensial berfungsi
tersebut sangat rendah, antara 0,4 sampai
sebagai pembatas arus saat lampu bekerja
0,6[9].
uap
merkuri
membangkitkan
!"
" # $
radiasi
yang
oleh
lampu
essensial
"
% &'(()
$ " *
Gambar 3. Lampu Essensial (SL)
Gambar 4. Rangkaian balast elektronik
Selain itu dampak distorsi
harmonisa akibat dari penggunaan lampu
essensial adalah terjadinya penambahan
arus rms yang lewat penghantar atau
kabel sehingga menimbulkan rugi 50%
dan panas berlebih pada penghantar atau
kabel tersebut yang dapat menyebabkan
kemungkinan timbulnya kebakaran.[10]
Gelombang tegangan dan arus listrik
pada lampu essensial yang terdistorsi
diperlihatkan pada gambar 5.
Gambar 5. Gelombang tegangan dan arus
4.
Metode Penelitan
dengan merk yang populer dan beredar di
Bahan yang diuji dan diteliti dalam
pasaran serta sering digunakan oleh
penelitian ini adalah lampu essensial
+ ,$
-"" ..
masyarakat. Sampel diambil mewakili
Penelitian
tingkat harga lampu di pasaran, yaitu :
•
•
•
tentang
karakteristik
Lampu essensial dengan harga di atas
harmonisa pada lampu essensial
rata-rata : Philips dan Osram
dilaksanakan
Lampu essensial dengan harga rata-
metode pengambilan data seperti yang
rata : Shinyoku dan Eterna
ditunjukan pada gambar 6. Dari sumber
Lampu essensial dengan harga di
tegangan tiga fasa, masuk ke MCB tiga
bawah rata-rata : Cosco dan Spider
fasa
sebagai
dengan
ini
menggunakan
pengaman
rangkaian.
Kemudian dari MCB rangkaian masuk ke
Variabel data pada penelitian ini
secara
ditentukan adalah :
a. Variabel Bebas : Rating daya
Tergantung
bintang.
Kontrol
:
:
THDv,
listrik dihubungkan secara dikalungkan.
Tegangan
masukan (Vinput)
Gambar 6. Rancangan Penelitian
!"
" # $
"
ukur
dihubungkan pada terminal tegangan
THDi, arus listrik
c. Variabel
Peralatan
masuk (pengukuran tegangan) dan arus
(wattase) lampu essensial
b. Variabel
beban lampu essensial yang dihubungkan
5.
Hasil dan Pembahasan
Tabel 3. Hasil Pengukuran THDv Lampu Essensial
THDV (%)
Rating daya
(Watt)
Cosco Spider Eterna Sinyoku
5
2.70
3.60
1.80
7
2.70
3.60
8
1.40
9
3.20
3.90
3.70
11
2.80
3.50
3.40
1.40
13
14
15
3.30
3.90
3.80
1.40
17
18
3.10
3.90
3.80
1.90
20
2.60
1.20
Rata-rata
2.97
3.73
3.46
1.52
Tabel 4. Hasil Pengukuran THDI Lampu Essensial
THDI (%)
Rating
daya (Watt) Cosco Spider Eterna Sinyoku
5
99.90 99.90
99.90
7
76.40 99.90
8
99.90
9
98.30 84.30 87.20
11
99.90 79.40 90.10
99.90
13
14
15
99.90 70.90 95.30
99.90
17
18
99.90 70.90 95.30
99.80
20
99.90
99.90
Rata-rata
95.72 84.22 93.56
99.88
Philips Osram
2.50
2.60
2.10
2.20
2.10
2.20
2.20
2.10
2.70
2.80
1.60
1.63
2.20
2.26
Philips
87.80
92.90
99.90
99.90
95.70
99.90
96.02
Osram
78.00
86.20
79.70
87.30
89.00
99.90
86.68
Dari kedua tabel di atas, tingkat
nilai 1,52% dan tertinggi adalah lampu
harmonisa tegangan THDv untuk semua
essensial merk Spider. Sedangkan rata-
lampu yang berbeda merk mempunyai
rata THDI, terendah adalah merk Spider
nilai yang baik yaitu rata-rata kurang dari
dan tertinggi adalah merk Sinyoku.
4%. Sedangkan tingkat harmonisa arus
Gambar 7 dan 8 perbandingan
listrik THDi sangat buruk untuk semua
THD tegangan dan THD arus untuk
merk lampu essensial yaitu di atas 70%.
beberapa merk lampu essensial yang di
Rata-rata THDV terendah adalah
lampu essensial merk Sinyoku dengan
uji dengan rating daya yang sama 11
Watt.
+ ,$
-"" ..
Gambar 7. Perbandingan THDV Lampu Essensial 11 Watt
Gambar 8. Perbandingan THDI Lampu Essensial 11 Watt
Pada gambar 7
menunjukkan
bahwa THDv yang paling tinggi terdapat
menghasilkan THDi di bawah 80% yaitu
Spider 79,4% dan Osram 79,7%.
pada lampu Spider dengan THDv 3,5%
Dari data di atas dapat diketahui
dan terendah pada lampu merk Sinyoku
bahwa dari ke enam buah merk lampu
sebesar
essensial terebut, lampu merk Spider
1,4%.
Pada
gambar
8
memperlihatkan bahwa tiga buah merk
menghasilkan
lampu menghasilkan THDi 99%, yaitu
tegangan paling besar, dan menghasilkan
lampu
distorsi arus paling kecil. Sedangkan
merk
Cosco,
Shinyoku
dan
Philips. Sedangkan dua buah lampu
!"
" # $
"
lampu
merk
distorsi
Sinyoku
harmonisa
menghasilkan
distorsi
tegangan
paling
kecil
dan
[2]
Syafrudin
Masri,
2004,”Analisa
menghasilkan distorsi arus yang paling
Kualitas Daya Sistem Distribusi
besar.
Tenaga
Dari hasil tersebut terlihat bahwa
Listrik
Modern”,
Perumahan
Jurnal
Rekayasa
nilai THD tegangan dan THD arus pada
Elektrika Vol.3 no. 2, Universiti
lampu
Sains Malaysia
essensial
mempunyai
sifat
berkebalikan. Dan lampu yang mahal
[3]
R. Panjaitan, 1996, “Lampu Listrik
belum tentu menghasilkan THD yang
dan
redah dan sebaliknya lampu essensial
Tarsito, Bandung
yang murah belum tentu menghasilkan
[4]
Rudi
Penggunaannya”,
Susanto,
Penerbit
2006,
“Studi
Harmonisa Yang Ditimbulkan Oleh
5.
Berbagai Jenis Lampu”, Tugas
Kesimpulan
Akhir Universitas Kristen Petra,
Beberapa kesimpulan yang dapat
ditarik
dari
penelitian
tentang
karakteristik lampu essensial ini adalah :
Surabaya
[5]
Beaty H.W. , 1996, “Electrical
1. Tingkat harmonisa tegangan (THDv)
yang
ditimbulkan
essensial
yang
oleh
berbeda
Power System Quality”, McGraw-
lampu
merk
Hill Book Company, New York.
[6]
mempunyai nilai di bawah 4%.
berbeda
merk
,
”Power
System
Ltd, New York.
[7]
mempunyai nilai di atas 70%.
Muhaimin,
2001,
”Teknologi
Pencahayaan”, PT. Refika Aditama,
3. Lampu essensial yang mahal belum
tentu menghasikan THD yang kecil
1985
Harmonics”, John Wiley & Sons
(THDi) yang ditimbulkan oleh lampu
yang
Arrilaga, J, Bradley, D.A., Bodger,
P.S,
2. Sedangkan tingkat harmonisa arus
essensial
Dugan, R.C, McGranaghan M.F,
Bandung
[8]
Arseneau
R,
Ouellette
M,
atau rendah, dan sebaliknya lampu
1993,”The
essensial yang murah belum tentu
Harmonics on The Performance of
menghasilkan harmonisa yang tinggi.
Compact
Effect
of
Flourescent
Suply
Lamps”,
IEEE Trans. On Power Delivery,
Daftar Pustaka
[1]
Ashari Mochamad,2006, “Program
Lampu Hemat Energi Berdampak
Vol. 8 no. 2
[9]
Watson, N. R., 1992, “Impact of
Compact Fluorescent Lamps on The
Negatif”, Antara News, Jakarta.
+ ,$
-"" ..
Power
System”,
Report
for
Southpower/ESA.
Rumah Toko (RUKO)”, Tugas
[10] Jon Marjunikadang, 2006, “Studi
Efek
Harmonisa
Akibat
Penggunaan Lampu Hemat Energi
!"
" # $
"
(LHE) di Rumah Tinggal Atau
Akhir Universitas Kristen Petra,
Surabaya