digital 20332001 s44336 analisis harmonik

UNIVERSITAS INDONESIA

ANALISIS HARMONIK PADA LAMPU

LIGHT EMITTING DIODE

SKRIPSI

ADI JAYA RIZKIAWAN

0606073695

FAKULTAS TEKNIK

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

DEPOK

JANUARI 2013

Analisis harmonik..., Adi Jaya Rizkiawan, FT UI, 2013

UNIVERSITAS INDONESIA

ANALISIS HARMONIK PADA LAMPU

LIGHT EMITTING DIODE

SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu syarat memperoleh gelar sarjana teknik

ADI JAYA RIZKIAWAN

0606073695

FAKULTAS TEKNIK

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

DEPOK

JANUARI 2013


ii Universitas Indonesia

HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS

Skripsi ini adalah hasil karya saya sendiri,

dan semua sumber baik yang dikutip maupun dirujuk

telah saya nyatakan dengan benar.

Nama : Adi Jaya Rizkiawan

NPM : 0606073695

Tanda Tangan

Tanggal


iii Universitas Indonesia

HALAMAN PENGESAHAN

Skripsi ini diajukan oleh


NPM : 0606073695

Program Studi : Teknik Elektro

Judul Skripsi : Analisis Harmonik pada Lampu Light Emitting Diode

Telah berhasil dipertahankan di hadapan Dewan Penguji dan diterima

sebagai bagian persyaratan yang diperlukan untuk memperoleh gelar

Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik,

Universitas Indonesia

DEWAN PENGUJI

Pembimbing : Prof. Dr. Ir. Rudy Setiabudy DEA

Penguji : Ir. Amien Rahardjo, MT.

Penguji : Ir. I Made Ardita M.T.

Ditetapkan di : Depok

Tanggal : 18 Januari 2013


iv Universitas Indonesia

UCAPAN TERIMA KASIH

Puji dan syukur saya panjatkan kehadirat Allah, karena hanya atas rahmat-Nya,

saya dapat menyelesaikan skripsi ini. Penulisan skripsi ini dilakukan dalam rangka

memenuhi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik program

studi Teknik Elektro pada Fakultas Teknik Universitas Indonesia. Saya menyadari

bahwa, tanpa dukungan dari berbagai pihak, mustahil bagi saya untuk

menyelesaikan skripsi ini. Oleh karena itu, saya mengucapkan terima kasih

kepada :

(1) Prof. Dr. Ir. Rudy Setiabudy DEA selaku pembimbing yang telah

menyediakan waktu, tenaga, dan pikiran untuk mengarahkan saya dalam

penyusunan skripsi ini;

(2) Teman - teman dan warga Departemen Elektro FTUI yang membantu saya

dalam menyelesaikan skripsi ini;

(3) Orang tua dan keluarga saya yang senantiasa mendukung saya;

Akhir kata, saya berharap Allah SWT membalas segala kebaikan semua pihak

yang telah membantu saya dalam proses penyusunan skripsi ini. Mohon maaf

apabila masih terdapat banyak kekurangan, semoga skripsi ini bermanfaat.

Depok, 18 Januari 2013

Penulis


v Universitas Indonesia

HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI

TUGAS AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Sebagai sivitas akademik Universitas Indonesia, saya yang bertanda tangan

dibawah ini :


NPM : 0606073695


Departemen : Teknik Elektro

Fakultas : Teknik

Jenis Karya : Skripsi

demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada

Universitas Indonesia Hak Bebas Royalti Noneksklusif (Non-exclusive Royalty-

Free Right) atas karya ilmiah saya yang berjudul :

Analisis Harmonik pada Lampu Light Emitting Diode

beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti

Nonekslusif ini Universitas Indonesia berhak menyimpan,

mengalihmediakan/formatkan, mengelola dalam bentuk pangkalan data

(database), merawat, dan memublikasikan tugas akhir saya selama tetap

mencantumkan nama saya sebagai penulis/pencipta dan sebagai pemilik Hak

Cipta.

Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.

Dibuat di : Jakarta

Pada tanggal : 18 Januari 2013


vi Universitas Indonesia

ABSTRAK



Judul : Analisis Harmonik pada Lampu Light Emitting Diode

Lampu Light Emitting Diode (LED) termasuk beban non-linear yang meng-injeksi

distorsi harmonik pada sistem tenaga listrik. Penelitian ini disusun sebagai bentuk

studi untuk mengetahui karakteristik harmonik lampu LED yang telah tersedia di

pasaran. Studi tersebut dilakukan dengan melakukan pengukuran terhadap 9 buah

sampel lampu LED dengan berbagai merk dan rating daya. Dari hasil pengukuran

diketahui bahwa harmonik tegangan dan arus pada lampu LED adalah harmonik

orde ganjil dengan nilai harmonik tegangan terbesar pada orde kelima dan nilai

harmonik arus terbesar pada orde ketiga. Selain itu, masing-masing lampu LED

memiliki bentuk gelombang terdistorsi yang berbeda satu sama lain.

Kata Kunci : Lampu LED, Distorsi Harmonik

ABSTRACT

Name : Adi Jaya Rizkiawan

Study Program : Electrical Engineering

Title : Analysis of Harmonic on Light Emitting Diode Lightbulb

Light Emitting Diode (LED) lights including non-linear loads that produce

harmonic distortion. This experiment held as a form of study to determine the

characteristics of LED lamps that have been available in the market, especially on

the characteristics of the harmonic distortion generated. The study is done by

conducting measurement of the harmonic content of the various branded sample

LED lamps with various power rating. Based on the measurement, it is known that

LED lamps have odd harmonic distortion. The biggest voltage harmonic measured

is fifth harmonic and the biggest current harmonic measured is third harmonic.

Keywords : LED Lamp, Harmonic Distortion.


i Universitas Indonesia

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL ……..……………………………….………..... i

HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS …….……………… ii

HALAMAN PENGESAHAN ………………………..…………….... iii

KATA PENGANTAR …………………………………..………...…. iv

HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ........... v

ABSTRAK …....……………………………………………………… vi

ABSTRACT ……………………………………………………….…. vi

DAFTAR ISI ………………...…………………….…………………. vii

BAB 1 PENDAHULUAN ………………………………………….. 1

1.1 Latar Belakang …………………………………..…. 1

1.2 Tujuan Penulisan ……...……………………………. 2

1.3 Batasan Masalah ........................................................ 2

1.4 Metodologi Penelitian ………...…………………… 2

1.5 Sistematika Penulisan …………..………………….. 3

BAB 2 HARMONIK..... …………………………………………….. 4

2.1 Distorsi Harmonik ………….………….…………... 5

2.2 Distorsi Tegangan dan Distorsi Arus ……….......... 6

2.3 Total Harmonic Distortion (THD) ........................... 6

2.4 Efek Negatif Harmonik........………......................... 8

2.5 Harmonik pada Lampu LED …………………….... 8

BAB 3 PENGUKURAN.................………………………………… 13

3.1 Alat Alat .................................................................... 13

3.2 Pengukuran ................................................................ 14

BAB 4 PENGOLAHAN DATA DAN ANALISIS ........................... 16

4.1 Data Hasil Pengukuran ............................................... 16

4.2 Standar Batasan Harmonik ......................................... 18

4.3 Bentuk Gelombang Terdistorsi .................................. 19

4.4 Spektrum Harmonik Arus........................................... 24

4.5 Spektrum Harmonik Tegangan ................................... 27

BAB 5 KESIMPULAN ....................................................................... 31

DAFTAR REFERENSI .……………………………………..……. 32

LAMPIRAN ........................................................................................

33

vii


1


BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Dalam beberapa dekade terakhir, manusia tersadarkan akan perlunya

dilakukan penghematan konsumsi energi. Hal ini dapat dipahami karena sejak

tahun 1970an terjadi krisis energi dunia dimana terjadi kelangkaan minyak bumi

yang sejak awal abad ke-20 merupakan sumber energi utama peradaban manusia.

Kondisi krisis tersebut sangat dipengaruhi oleh suatu keadaan yang disebut harga

puncak dari minyak(peak oil), yaitu kondisi ketika harga minyak bumi di pasaran

dunia melambung tinggi disebabkan langkanya persediaan. Faktor lain yang

mempengaruhi adalah mulai tumbuhnya kesadaran pelestarian lingkungan di

kalangan masyarakat sehingga muncul kritik dalam eksplorasi sumber-sumber

energi fosil yang-mana dalam prosesnya menimbulkan kerusakan pada

lingkungan.

Kesadaran global tersebut kemudian menemukan bentuk langkah

konkritnya terutama dalam penghematan penggunaan energi listrik. Hal ini dapat

dimaklumi sebab dewasa ini energi listrik telah menjadi sumber energi sangat

banyak peralatan dalam kehidupan manusia. Bahkan proses konversi dari

peralatan berbasis mekanik(hidrolik) menjadi peralatan berbasis listrik terus

berlangsung hingga saat ini. Kondisi tersebut tentu akan meningkatkan kebutuhan

energi listrik dunia dan harus diantisipasi dengan peningkatan kapasitas pusat-

pusat pembangkit tenaga listrik yang ada.

Di sisi lain, para produsen peralatan listrik pun terus mengupayakan

terobosan untuk dapat memproduksi peralatan yang lebih hemat energi. Salah satu

terobosan tersebut adalah dengan diproduksinya lampu Light Emitting Diode

(LED). Lampu ini merupakan lampu yang sangat menjanjikan dalam skema

penghematan energi listrik dan diproyeksikan akan menggantikan lampu-lampu

CFL(neon) dan lampu pijar.

Namun demikian, lampu tersebut termasuk jenis beban non-linear yang

menimbulkan distorsi harmonik pada sistem tenaga listrik. Jika lampu jenis ini

terpasang dalam jumlah besar pada suatu sistem tenaga listrik, maka ada

1


2


kemungkinan akan terjadi peningkatan distorsi harmonik yang cukup signifikan

pada sistem[1]. Peningkatan distorsi harmonik ini dapat menimbulkan efek-efek

negatif yang akan menurunkan kualitas daya sistem tenaga listrik. Maka dari itu

karakteristik harmonik lampu LED ini perlu dipelajari guna mengantisipasi

kemungkinan-kemungkinan gangguan yang dapat muncul apabila lampu tersebut

telah dipakai oleh konsumen dalam jumlah besar. Tulisan ini disusun untuk

mempelajari dan mendokumentasikan karakteristik harmonik lampu LED yang

telah tersedia di pasaran.

1.2 Tujuan Penulisan

Tujuan dari penulisan skripsi ini adalah studi tentang karakteristik distorsi

harmonik yang ditimbulkan oleh lampu LED yang tersedia di pasaran.

1.3 Batasan Masalah

Sampel yang dipakai dalam pengukuran adalah lampu LED yang dapat

langsung dipakai menggantikan lampu CFL(Lampu Hemat Energi) dan lampu

pijar. Artinya, lampu tersebut telah menggunakan socket sebagaimana lampu CFL

dan pijar. Adapun permasalahan yang dibahas dalam skripsi ini dibatasi hanya

mengenai :

a) Analisis terhadap Total Harmonic Distortion (THD) yang terukur

b) Analisis mengenai bentuk gelombang harmonik yang terukur

c) Analisis terhadap spektrum harmonik arus dan tegangan yang terukur

1.4 Metodologi Penelitian

Metode penelitian yang digunakan pada penelitian skripsi ini adalah

metode deduktif-kuantitatif yaitu dengan cara melakukan studi literatur yang

berupa buku dan artikel jurnal-jurnal ilmiah kemudian melakukan pengukuran

terhadap 9 buah sampel yang berupa lampu LED dari berbagai merk dan rating

daya. Pengukuran dilakukan di ruang Laboratorium Tegangan Tinggi dan

Pengukuran Listrik Departemen Elektro Fakultas Teknik Universitas Indonesia.

Hasil pengukuran ini kemudian dianalisis berdasarkan studi literatur dari buku dan

jurnal yang berkaitan.


3


1.5 Sistematika Penulisan

Skripsi ini dibagi menjadi berbagai bab yang diawali dengan bab satu yang

menjelaskan tentang latar belakang, tujuan penulisan, batasan masalah,

metodologi penelitian dan sistematika penulisan. Kemudian dilanjutkan bab dua

yang berisi teori-teori dasar tentang harmonik yaitu distorsi harmonik, distorsi

tegangan dan arus, THD (Total Harmonic Distortion), LED, serta batasan distorsi

harmonik yang berlaku. Selanjutnya pada bab tiga diberikan penjelasan tentang

metode penelitian yang digunakan, besaran-besaran yang diukur, termasuk alat-

alat yang dipergunakan dalam pengukuran dan konfigurasi rangkaian percobaan.

Kemudian bab empat menjelaskan analisis mengenai THD yang terukur, analisis

bentuk gelombang terdistorsi, serta analisis mengenai spektrum arus harmonik

dan tegangan harmonik yang terukur. Terakhir bab lima berisi kesimpulan-

kesimpulan dari hasil analisis.


4

4 Universitas Indonesia

BAB 2

HARMONIK

Pada dasarnya, harmonik adalah gejala pembentukan gelombang-

gelombang sinusoidal dengan frekuensi berbeda yang merupakan kelipatan

bilangan bulat dari frekuensi dasarnya. Bilangan bulat pengali frekuensi dasar

tersebut merupakan angka urutan harmonik. Misalnya, frekuensi dasar suatu

sistem tenaga listrik adalah 50 Hz, maka harmonik keduanya adalah gelombang

dengan frekuensi sebesar 100 Hz, harmonik ketiga adalah gelombang dengan

frekuensi sebesar 150 Hz dan seterusnya. Gelombang-gelombang ini kemudian

menumpang pada gelombang murni/aslinya sehingga terbentuk gelombang

terdistorsi yang merupakan jumlah antara gelombang murni sesaat dengan

gelombang hormoniknya[2].

Gambar 2.1 Gelombang Harmonik[5]

4


5


2.1 Distorsi Harmonik

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 dengan impedansi dan

perubahan tegangan. Sedangkan beban non-linier adalah beban dengan bentuk

gelombang keluaran tidak sebanding dengan bentuk gelombang masukan.

Ketidaklinieran ini menimbulkan fenomena yang disebut distorsi harmonik, yaitu

salah satu jenis gangguan yang terjadi pada sistem tenaga listrik akibat terjadinya

distorsi gelombang arus dan tegangan[3].

Beban - beban listrik non-linier yang dapat menimbulkan distorsi

harmonik umumnya merupakan peralatan elektronik yang mengandung

komponen semikonduktor. Beberapa peralatan yang dapat menyebabkan

timbulnya distorsi harmonik antara lain power supply komputer, printer, lampu

fluorescent yang menggunakan ballast elektronik, lampu LED, pengendali

kecepatan motor, motor induksi, charger baterai, dll[3].

Gambar 2.2 berikut menunjukkan sebuah tegangan sinusoidal yang

diterapkan pada sebuah beban non-linier.

Gambar 2.2 Beban Non Linier[5]


6


2.2 Harmonik Tegangan dan Harmonik Arus

Dalam menganalisis fenomena harmonik, harus dibedakan antara distorsi

harmonik arus dengan distorsi harmonik tegangan. Beban non-linier dapat

dianggap sebagai sumber distorsi harmonik arus yang menginjeksikan arus

harmonik ke sistem tenaga listrik. Sementara tegangan harmonik timbul karena

gelombang arus yang cacat (terdistorsi) setelah melewati beban non-linier

mengalir melalui impedansi sistem[3]. Hal ini dapat dijelaskan pada gambar 2.3

berikut :

Gambar 2.3 Model Sistem Listrik sederhana[5]

Pada gambar 2.3 ini bus sumber diasumsikan hanya mengandung tegangan

frekuensi dasar. Arus harmonik mengalir melalui impedansi sistem dan

menyebabkan terjadi drop tegangan untuk tiap harmonik. Hal ini menghasilkan

tegangan harmonik di beban. Besar distorsi tegangan tergantung pada impedansi

dan arus. Dengan asumsi distorsi yang terjadi pada bus beban relatif kecil (lebih

kecil dari 5%) dan impedansi sistem tetap, maka besar arus harmonik yang

dihasilkan oleh beban akan relatif konstan.

2.3 THD (Total Harmonic Distortion)[5]

Untuk mengukur nilai efektif dari komponen-komponen harmonik dari

gelombang cacat (terdistorsi) digunakan besaran THD (Total Harmonic

Distortion) yaitu perbandingan antara nilai rms komponen harmonik sebuah

besaran (arus atau tegangan) terhadap nilai arus atau tegangan tersebut pada

frekuensi dasarnya dan biasanya dihitung dalam persen.


7


Untuk harmonik arus nilai THDnya :

�� = ��⋯��

� × 100 %............................................................(2.1)

Keterangan :

THDi : Total Harmonic Distortion arus

In : Nilai arus harmonik orde ke-n

I1 : Nilai arus pada frekuensi dasar

Sementara untuk harmonik tegangan nilai THDnya :

�� = ��⋯��

� × 100%..........................................................(2.2)

Keterangan :

THDv : Total Harmonic Distortion tegangan

Vn : Nilai tegangan harmonik orde ke-n

V1 : Nilai tegangan pada frekuensi dasar

Besar nilai THD arus bervariasi dari beberapa persen sampai lebih dari

100%. Sedangkan nilai THD tegangan biasanya lebih kecil dari 5%. Untuk nilai

THD tegangan dibawah 5 % umumnya dapat diterima tetapi jika nilai THD

tegangan sampai diatas 10 % tidak dapat diterima dan akan mengakibatkan

masalah untuk beban-beban dan peralatan yang sensitif.[7] Dengan mengetahui

besar nilai THD dapat diperkirakan seberapa banyak panas yang dihasilkan ketika

tegangan yang terdistorsi dikenakan pada beban resistif. THD juga dapat menjadi

indikator untuk memperkirakan seberapa banyak penambahan rugi-rugi daya

sistem yang disebabkan arus yang mengalir melalui sebuah konduktor. [5]


8


2.4 Efek Negatif Harmonik

Secara umum, adanya distorsi harmonik akan menyebabkan biaya

tambahan untuk pembuatan rangkaian filter guna mengeliminasi harmonik yang

muncul dan pengurangan masa pakai komponen akibat ketidak-tepatan parameter

kerja komponen. Berikut efek-efek negatif yang dapat ditimbulkan oleh harmonik

pada berbagai komponen pada sistem tenaga listrik :

Tabel 2.1 Efek-Efek Negatif Harmonik

Komponen Efek

Kabel Netral Overloading

Kapasitor Beban panas berlebih

Motor Rugi-rugi bertambah dan vibrasi

Switches/breakers Malfungsi deteksi gangguan

Trafo Rugi-rugi bertambah

Konduktor Skin effect

Proteksi Fuses meleleh terlalu cepat

Sumber : Emerson, Robert. 2010. Updates in International Standards: Harmonics and Flicker. San

Diego: Zes Zimmer, Inc

2.5 Harmonik pada Lampu LED

Lampu LED adalah lampu yang menggunakan dioda pemancar cahaya

(LED) sebagai sumber cahaya. Dalam hal ini, prinsip kerja yang digunakan

berbeda dengan lampu pijar dan lampu CFL. Lampu pijar memanfaatkan panas

yang mengalir pada filamen sehingga berpijar adapun lampu CFL menggunakan

gas yang terionisasi, sedangkan lampu LED menggunakan material semi-

konduktor yang melepaskan photon.

Lampu LED diklaim memiliki usia pemakaian yang panjang dan efisiensi

energi yang tinggi, tetapi memiliki harga pasaran yang masih relatif lebih tinggi

dibandingkan dengan lampu CFL dan lampu pijar. Untuk digunakan dalam

penerangan, sejumlah LED kecil harus ditempatkan dekat bersama-sama untuk


9


menggabungkan efek pancaran cahaya yang muncul. Gambar 2.4 berikut ini

merupakan contoh lampu LED yang telah tersedia di pasaran.

Gambar 2.4 Contoh Lampu LED[6]

Lampu LED yang digunakan untuk keperluan penerangan biasanya

sengaja dibuat untuk dapat langsung dipertukarkan dengan lampu jenis lain, yaitu

untuk menggantikan lampu pijar atau lampu neon. Socket yang digunakan pun

identik dengan socket yang digunakan secara luas oleh lampu CFL dan pijar,

sehingga konsumen dapat langsung memasang lampu tersebut pada tempat yang

semula dipasang lampu pijar atau CFL. Di Indonesia, biasanya menggunakan

socket tipe E27.

Sebagaimana sebagian besar perangkat elektronik, lampu LED-pun

menggunakan tenaga listrik arus searah (DC). Sementara, sumber tegangan input

yang digunakan yang berasal dari jaringan listrik adalah sumber tegangan arus

bolak-balik(AC). Disamping itu, lampu ini termasuk perangkat solid-state


10


tegangan rendah dan tidak dapat secara langsung dioperasikan pada standar

tegangan tinggi listrik AC tanpa sirkuit untuk mengontrol aliran arus. Maka dalam

operasinya lampu ini harus mengubah tegangan dan arus dari sumber AC ke DC.

Proses pengubahan ini disebut konversi dan peralatannya disebut konverter.

Konverter ini biasanya menjadi satu blok dengan rangkaian filter dalam driver

LED.

Gambar 2.5 Rangkaian pada Driver LED[4]

Gambar 2.5 diatas merupakan contoh rangkaian elektronik yang

digunakan untuk mengatur tegangan input dan mengendalikan arus yang

diperlukan untuk operasi lampu LED.

2.5.1 Distorsi Harmonik Lampu LED

Berdasarkan buku literatur yang ditulis oleh Dugan, Roger C.,

McGranaghan, Mark F., Beaty, H.Wayne. (2004) yang berjudul Electrical Power

System Quality (2nd ed.), bentuk gelombang arus terdistorsi harmonik pada

lampu LED kurang lebih akan seperti berikut ini :


11


Gambar 2.5 Bentuk Gelombang Arus terdistorsi pada lampu LED[5]

Sementara untuk spektrumnya akan seperti Gambar 2.6. Pada gambar tersebut

terlihat bahwa harmonik yang terjadi pada lampu LED adalah harmonik orde

ganjil. Hal ini disebabkan simetri gelombang sinusoidal[4].

Gambar 2.6 Spektrum Harmonik pada lampu LED[5]

2.5.2 Batasan Distorsi Harmonik pada Lampu LED

Sebagaimana perangkat elektronik lainnya, produsen lampu LED

direkomendasikan untuk mengikuti standar peraturan yang berlaku secara

internasional, misalnya standar IEC 61000-3-2 yang mengatur harmonik untuk

perangkat elektronik dengan arus input ≤ 16A per fase. Khusus untuk lampu,

batasan distorsi harmonik yang diberlakukan adalah untuk lampu dengan daya


12


input ≤ 25 W. Lampu tersebut harus memenuhi salah satu dari dua kriteria

dibawah ini.

Kriteria pertama adalah untuk harmonik arus orde ketiganya tidak boleh

melebihi 86 % dari arus frekuensi fundamental dan arus harmonik orde kelimanya

tidak boleh melebihi 61 % dari arus frekuensi fundamental sehingga THD arusnya

dibatasi kurang lebih hanya 105 %[4]. Kiteria kedua ditunjukkan melalui tabel 2.4

berikut ini:

Tabel 2.2 Batas emisi harmonik untuk perangkat elektronik ≤ 25 W

Sumber : Uddin, Sohel., dkk. (2012). [4]


13


BAB 3

PENGUKURAN

3.1 Alat – Alat

3.1.1 Lampu LED

Lampu LED yang digunakan dalam percobaan adalah lampu LED untuk

keperluan penerangan. Lampu ini didesain untuk dapat langsung menggantikan

lampu pijar dan lampu hemat energi(neon) yang telah tersedia di pasaran. Sampel

yang dipakai dalam percobaan ini adalah sebagai berikut :

Tabel 3.1 Sampel Percobaan

Lampu LED Rating Daya

(W)

Lumen

(lm)

Klaim Usia

(Jam)

LED 1 9 - -

LED 2 9 700 40000

LED 3 9 765 -

LED 4 9 770 40000

LED 5 9 730 40000

LED 6 7 600 40000

LED 7 5 430 40000

LED 8 4 350 40000

LED 9 3 260 40000

3.1.2 Power Quality Analyzer

Alat ukur yang digunakan dalam percobaan ini adalah PQ analyzer Clamp

on Power hiTester yang merupakan inventaris Laboratorium Tegangan Tinggi dan

Pengukuran Listrik Departeman Elektro Fakultas Teknik Universitas Indonesia.

13


14


3.2 Pengukuran

Pengukuran dilakukan di ruang Laboratorium Tegangan Tinggi dan

Pengukuran Listrik Departemen Elektro Fakultas Teknik Universitas Indonesia

pada hari Senin tanggal 14 Januari 2013. Pada pengukuran ini diambil 9 buah

sampel Lampu LED dengan berbagai merk. Mula-mula alat disusun membentuk

rangkaian seperti gambar berikut ini :

Gambar 3.1 Rangkaian Percobaan

Kemudian pengambilan data pengukuran dimulai pada pukul 11.40 WIB

dengan sampel pertama yang diukur adalah LED 1. Tiap pengukuran dilakukan

selama 5 menit dimulai 5 menit setelah lampu dinyalakan. Lampu diukur satu-

persatu untuk mendapatkan data-data yang dibutuhkan.

SUMBER

TEGANGAN

LED

PQ

ANALYZER

Clamp


15


Data yang diukur dalam eksperimen ini adalah :

a) Tegangan (Volt)

b) Arus (Ampere)

c) Daya Aktif (Watt)

d) Daya Reaktif (VAr)

e) Daya Kompleks (VA)

f) Faktor Daya (PF)

g) THD Tegangan (%)

h) THD Arus (%)

i) Nilai Harmonik Arus sampai orde 40

j) Nilai Harmonik Tegangan sampai orde 40

k) Spektrum Harmonik Tegangan

l) Spektrum Harmonik Arus

m) Bentuk Gelombang Arus cacat.

Semua data hasil pengukuran disimpan di memori PC Card yang terpasang pada

PQ Analyzer. Kemudian data ini dibaca menggunakan card reader sehingga data

dapat dilihat melalui komputer menggunakan software khusus.


16


BAB 4

PENGOLAHAN DATA DAN ANALISIS

4.1 Data Hasil Pengukuran

Dari data hasil pengukuran terlihat bahwa lampu LED yang tersedia di

pasaran memang menimbulkan distorsi harmonik baik harmonik arus maupun

harmonik tegangan. Berdasarkan data tersebut, terlihat bahwa THD tegangan

terbesar terukur pada LED 6 dengan nilai 1,65 % dan THD tegangan terkecil

terukur pada LED 8 dengan nilai 1,51%. Semua LED sampel memiliki nilai THD

tegangan yang relatif kecil, yaitu masih dibawah 2 %. Hal ini sesuai dengan

literatur yang menyatakan bahwa THD tegangan umumnya bernilai kurang dari 5

%. Kecilnya nilai THD tegangan ini biasanya memang senantiasa diupayakan

oleh operator sistem tenaga listrik.

Untuk arus, lampu LED sampel memiliki nilai THD arus yang terbentang

mulai dari 43,04 % - 147 ,17 %. Khusus untuk LED 1 dan LED 3 keduanya

memiliki %THDi yang cukup besar yaitu 108,38 % dan 147,17 %, sedangkan

LED 2, 4, 5, 6, 7, 8, dan 9 memiliki nilai THD arus yang relatif sama dengan nilai

terbesar dimiliki oleh LED 7 sebesar 63, 34 % dan nilai terkecil dimiliki oleh

LED 9 sebesar 43,04 %.

Selain itu, terlihat pula bahwa lampu LED memiliki sifat kapasitif

sehingga nilai PFnya negatif yang menunjukkan PFnya leading. LED 1, 2 dan 3

memiliki Power Factor yang baik karena masih mendekati 1. Adapun LED 4, 5,

6, 7, 8, dan 9 memiliki nilai PF yang kurang baik, meskipun nilai THD arusnya

relatif kecil. Dari semua sampel, dapat dinilai bahwa LED 2 adalah LED yang

paling baik dengan parameter konsumsi daya aktif, nilai THD arus dan PF.

Konsumsi daya aktif LED 2 paling mendekati rating yakni sebesar 9,6 Watt, nilai

THD arusnya hanya 49,82% dari arus frekuensi fundamental dan nilai PFnya

0,9625. Meskipun, kualitas ini paralel dengan harga jual LED 2 di pasaran yang-

mana adalah yang termahal dari semua sampel. Tabel 4.1 berikut adalah data

yang penulis dapatkan dari hasil pengukuran yang penulis lakukan.

16


17



18


4.2 Standar Batasan Harmonik

Dari data terlihat bahwa LED 3 telah melebihi batas standar % THDi yang

ditetapkan oleh IEC 61000 -3-2, terutama untuk kriteria pertama. Standar tersebut

membatasi nilai harmonik orde ketiga maksimal 86 % dari arus fundamental dan

harmonik arus orde kelima maksimal 61 % dari arus fundamental. Sementara pada

LED 3 terukur nilai harmonik arus orde ketiganya mencapai 87,88 % dan

harmonik arus orde kelimanya mencapai 68,29 % dengan nilai THD 147,17 %.

Adapun LED yang lain dapat dikatakan jauh dari batas maksimal yang telah

ditetapkan, hanya LED 1 dengan nilai harmonik arus orde ketiga yang mencapai

74,84 % dari arus fundamental dan nilai harmonik arus orde kelima mencapai

44,20 % dari arus fundamental serta nilai %THDi sebesar 108,38 % yang dapat

dikatakan telah mendekati ambang batas yang telah ditetapkan IEC 61000-3-2.

Nilai THD arus ini merepresentasikan potensi panas tambahan yang akan

mengalir pada beban-beban resistif akibat dari mengalirnya arus harmonik pada

konduktor. Artinya, semakin besar % THD yang terukur, maka semakin besar

potensi rugi-rugi panas yang akan muncul sebagaimana yang telah dinyatakan

pada tabel 2.1. Namun demikian, besarnya %THDi ini tidak cukup dijadikan satu-

satunya parameter dalam memperkirakan potensi panas yang ada. Ada parameter

lain yang perlu diperhatikan, yaitu magnitude arus yang mengalir. Bisa saja

%THDi yang terukur memiliki nilai sangat besar tetapi sebenarnya magnitude

arusnya sangat kecil sehingga efek panas yang ditimbulkan sangat kecil apabila

ditinjau secara individual per-sampel lampu LED.


19


4.3 Bentuk Gelombang Terdistorsi

Dari gambar gelombang terdistorsi yang terukur terlihat bahwa arus

harmonik yang terukur antara LED satu dengan LED yang lain menghasilkan

bentuk gelombang yang berbeda. Hal ini dapat terlihat jelas pada bentuk

gelombang LED 1, 2, 3, 4, dan 5 yang ditampilkan pada Gambar 4.2 sampai

Gambar 4.6. Menurut Sohel Uddin dkk [4], adanya perbedaan bentuk gelombang

arus ini terkait dengan pemilihan rangkaian filter yang berbeda antara satu

produsen LED dengan produsen yang lain, meskipun rating dayanya sama.

Gambar 4.1 berikut adalah bentuk gelombang hasil eksperimen yang dilakukan

oleh Sohel Uddin dkk [4].

Gambar 4.1 Gelombang Arus Harmonik


20


Dengan mengamati bentuk gelombang arus yang terukur kemudian

membandingkan dengan literatur yang ada, dapat diduga kuat bahwa untuk LED 1

dan LED 3 tidak menggunakan rangkaian filter. Gambar 4.2 dan 4.3 berikut

menunjukkan bentuk gelombang arus dan tegangan yang terukur dari LED 1 dan

LED 3. Nilai arus puncak LED 1 mencapai 0,19 A dan nilai arus puncak LED 3

mencapai 0,35 A.

Gambar 4.2 Gelombang Tegangan dan Arus pada LED 1


Merujuk pada Gambar 4.1 gelombang harmonik dari Sohel dkk [4], maka

lampu LED 2 dapat diduga kuat menggunakan filter jenis valley fill, sebagaimana

yang terlihat pada Gambar 4.4. Nilai puncak arus pada LED 2 adalah 0,14 A.


21



Masih merujuk pada Gambar 4.1 gelombang harmonik dari Sohel dkk [4],

maka diduga kuat untuk LED 4, 5, 6, 7, 8, dan LED 9 menggunakan filter pasif.

Selain itu, untuk LED 5 sampai LED 9 menunjukkan bentuk gelombang arus

harmonik yang mirip satu sama lain, meskipun peak magnitude arus harmoniknya

berbanding lurus dengan besar daya rating. Kemiripan bentuk gelombang ini

dikarenakan LED 5 sampai LED 9 adalah lampu LED dengan merk atau produsen

yang sama dan sangat wajar apabila menggunakan jenis filter yang sama.



22






23




Selain itu, terlihat bahwa besarnya %THD tidak berkorelasi dengan daya

rating. Hal ini disebabkan THD dihitung dalam persentase, bukan magnitude arus

yang mengalir. Nilai puncak arus terbesar terukur pada LED 3 yang mencapai

0,35 A dan peak magnitude(nilai puncak) terkecil terukur pada LED 9 yang hanya

mencapai 0,07 A.


24


4.4 Spektrum Harmonik Arus

Gambar 4.11 Spektrum Harmonik Arus LED 1




25






26






27


Dari data hasil pengukuran terlihat bahwa harmonik arus pada lampu LED

merupakan harmonik orde ganjil, hal ini sesuai dengan simetri gelombang

sinusoidal. Persentase harmonik arus terbesar yang terukur untuk semua sampel

LED adalah harmonik orde ke-3 dengan nilai rata-rata 49,60 % dari arus

fundamentalnya. Harmonik orde tersebut memiliki frekuensi 3 x 50 Hz = 150 Hz.

Terlihat jelas bahwa semakin tinggi orde harmonik maka nilai harmoniknya

semakin kecil. Sekaligus, gambar spektrum arus tersebut turut mencerminkan

penggunaan rangkaian filter yang digunakan pada drivernya, sebagaimana yang

telah dijelaskan pada bagian 4.3. Nilai harmonik semua LED sampel dari masing-

masing orde dapat dilihat di lampiran, baik persentase maupun magnitudenya.

4.5 Spektrum Harmonik Tegangan

Gambar 4.20 Spektrum Harmonik Tegangan LED 1



28






29






30



Dari gambar spektrum harmonik tegangan terlihat bahwa harmonik

tegangan pada lampu LED merupakan harmonik tegangan orde ganjil

sebagaimana yang terlihat pada spektrum harmonik arus. Disamping itu, terlihat

jelas bahwa harmonik tegangan yang terjadi sangat kecil. Semua sampel LED

yang diukur menunjukkan nilai THD < 2 % dari tegangan frekuensi

fundamentalnya dengan nilai persentase distorsi harmonik terbesar pada harmonik

orde ke-5 yang memiliki frekuensi 5 x 50 Hz = 250 Hz. Nilai harmonik tegangan

dari semua LED sampel pada masing-masing orde dapat dilihat di lampiran, baik

persentase maupun magnitudenya.



BAB 5

KESIMPULAN

Kesimpulan yang dapat diambil dari penelitian skripsi ini adalah sebagai

berikut :

a) Lampu LED sampel memiliki nilai THD arus yang terbentang mulai dari

43,04 % - 147 ,17 %. Khusus untuk LED 1 dan LED 3 keduanya memiliki

%THDi yang cukup besar yaitu 108,38 % dan 147,17 %, sedangkan LED 2,

4, 5, 6, 7, 8, dan 9 memiliki nilai THD arus yang relatif sama dengan nilai

terbesar dimiliki oleh LED 7 sebesar 63, 34 % dan nilai terkecil dimiliki oleh

LED 9 sebesar 43,04 %

b) Distorsi harmonik arus yang ditimbulkan oleh LED 3 melebihi batas yang

ditetapkan oleh standar IEC 61000-3-2, terutama untuk kriteria pertama.

c) Bentuk gelombang harmonik arus pada LED sampel berbeda merk berbeda-

beda satu sama lain. Hal ini dikarenakan masing-masing merk menggunakan

rangkaian filter yang berbeda.

d) LED 5 sampai LED 9 menunjukkan bentuk gelombang arus harmonik yang

mirip, meskipun peak magnitude arus harmoniknya berbanding lurus dengan

besar daya rating. Hal ini dapat dipahami sebab LED 5 sampai LED 9 adalah

sampel dengan merk yang sama dan sangat wajar apabila menggunakan

rangkaian filter yang sama.

e) Harmonik pada lampu LED didominasi oleh harmonik orde ganjil baik pada

harmonik arus maupun harmonik tegangan. Untuk harmonik arus nilai

terbesar yang terukur adalah pada harmonik orde ke-3 dan untuk harmonik

tegangan nilai terbesar yang terukur adalah harmonik orde ke-5.

31



DAFTAR REFERENSI

[1] Singh, Ranjana. & Singh, Amarjit. (2010) “Energy Loss Due to Harmonic

in Residential Campus”. Jabalpur: IEEE.

[2] “Pengaruh Harmonik pada Transformator Distribusi” diakses pada 31

Oktober 2012 dari http://elektroindonesia.com/elektro/ener25.html

[3] Azim, Abdul. & Rahardjo, Amin. (2004) “Analisis Harmonik pada Lampu

Hemat Energi”. Depok: FTUI.

[4] Sohel, Uddin., Husain, Shareef., Azah, Mohamed. (2012). “An Analysis of

Harmonics from LED Lamps”. Bangi : IEEE.

[5] Dugan, Roger C., McGranaghan, Mark F., Beaty, H.Wayne. (2004)

Electrical Power System Quality (2nd ed.). New York: McGraw-Hill.

[6] Weir, Bernie. (2012). IEEE Spectrum.

[7] W. Mack Grady, Surya Santoso, “Understanding Power System

Harmonics”, IEEE Power Engineering Review, 0272-1724/01, (November

2001), hal 8-10.

[8] Emerson, Robert. 2010. Updates in International Standards: Harmonics

and Flicker. San Diego: Zes Zimmer, Inc.

32


33


Lampiran 1 : Data Hasil Pengukuran LED 1


34



35



36



37



38




39



40



41



42



43




44



45



46



47



48




49



50



51



52



53




54



55



56



57



58




59



60



61



62



63




64



65



66



67



68




69



70



71



72



73




74



75



76



77



digital 20332001 s44336 analisis harmonik

Documents

free right atas karya

lampu light emitting

adi jaya rizkiawan npm

i made ardita m

berharap allah swt membalas

warga departemen elektro

teknik elektro judul

rudy setiabudy dea penguji