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
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 permasalahan-permasalahan. 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 peralatan-peralatan listrik yang lain. Permasalahan THD ini dibahas pada standar internasional IEC 61000 3-2, standar ini mengatur tentang kualitas daya yang diijinkan.
2. Tinjauan Pustaka
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 pembentukan-pembentukangelombang 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
dan bentuk gelombang dasar (fundamental) dapat di lihat pada Gambar 1:
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.
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 % ...(1) Dimana :
IHDv = IHDv harmonik ke-h (h=2,3,5,…) Vh = Nilai RMS tegangan harmonik ke-h V1 = Nilai RMS tegangan atau tegangan
harmonic dasar (fundamental).
= 100 % ...(2) Dimana IHDi = IHDi harmonik ke-h (h =
2,3,5,…)
Ih = Nilai RMS arus harmonik ke-h
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
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):
= ∑ ~
...(3) Dimana THDv : Total Harmonic Distortion
pada tegangan
Vh : Nilai RMS tegangan harmonik ke-h V1 : Nilai RMS tegangan atau tegangan
harmonic dasar (fundamental).
= ∑ ~
...(4) Dimana THDi : Total Harmonic Distortion
pada arus Ih : Nilai RMS arus harmonik ke-h
I1 : Nilai arus RMS atau arus harmonic dasar (fundamental).
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) 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
Gambar 2. Rangkaian beban linier
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):
( ) = ( ) ...(6) Pada Gambar 4 dan 5 merupakan rangkaian dan kurva pada beban nonlinier.
Gambar 4. Rangkaian beban nonlinier
Gambar 5. Kurva pada beban nonlinier. 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 berbeda-beda yang dijelaskan sebagai berikut [5]: 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.
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.
4. Kelas D
Pada kelas ini semua jenis peralatan listrik yang dayanya dibawah 600 watt khususnya personal komputer, TV, juicer/blender dll. V(t) i (t) I(t) V(t) V(t) i (t) I(t) V(t)
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.
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:
Mulai
Pengumpulan Data
Melakukan pengukuran harmonisa arus THDi Harmonisa tegangan THDi, dan pengukuran daya
Hasil ≥ Standar THD (%)
Analisa
Kesimpulan dan Saran
Selesai
Gambar 6. Diagram Tahapan Penelitian
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 Paramet er Satuan Merk Juicer A B C D E V V 225.04 230.2 222.39 224.4 223.1 I A 0.49 0.37 1.17 0.44 1.12 S VA 275.8 127.4 467.6 282.8 279.7 P Watt 260.9 73.2 324.2 278.3 168.2 Q VAR 89.2 104.2 349.4 50.2 223.4 PF - 0.95 0.57 0.68 0.98 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
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):
P
(%) ... (7)
Arus harmonisa ke 3 pada juicer dapat dicari dengan menggunakan persamaan (7): 1. Juicer A
Diketahui bahwa:
P = 260W V = 220V
maka arus harmonisa orde ke 3 dari hasil pengukuran juicer A adalah:
P (%) 260 . . (%) 260 . . (%) . . . ( ) 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 (%) 73 . . (%) . . (%) . . . ( ) 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 :
P (%) .. . (%) . . . (%) . . . ( ) 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 (%) . (%) . (%) . . . ( ) 5. Juicer E Diketahui bahwa: P = 168 W V = 223 V Cos π = 0.67 Hn = 72.4%
maka arus harmonisa orde ke 3 dari hasil pengukuran juicer E adalah :
P
(%) . . (%)
. . (%)
. . . ( )
Sebagaimana hasil dari pengukuran tingkat harmonisa pada beberapa merk juicer. Hasil dari pengukurannya dapat dilihat di Tabel 2, 3, 4, 5 dan 6:
Tabel 2. Klasifikasi arus harmonisa pengukuran berdasarkan standar IEC 61000 3-2 kelas D pada
juicer A. Harmonisa ke n Batasan Arus Hamonisa Standar IEC 61000 3-2 (juicer 260W) Arus Hamonisa Hasil Pengukuran (A) Keterangan (mA/W) (A) 3 3.4 0.884 1.174 Melebihi standar 5 1.9 0.494 0.15 Dibawah standar 7 1.0 0.260 0.101 Dibawah standar 9 0.5 0.130 0.114 Dibawah standar 11 0.35 0.091 0.021 Dibawah standar 13 0.296 0.076 0.013 Dibawah standar 15≤n≤39 3.85/n 1.0 0.043 Dibawah standar 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.
Tabel 3. Klasifikasi arus harmonisa pengukuran berdasarkan standar IEC 61000 3-2 kelas D pada
juicer B. Harmonisa ke n Batasan Arus Hamonisa Standar IEC 61000 3-2 (juicer 260W) Arus Hamonisa Hasil Pengukuran (A) Keterangan (mA/W) (A) 3 3.4 0.248 0.231 Dibawah standar 5 1.9 0.138 0.026 Dibawah standar 7 1.0 0.073 0.025 Dibawah standar 9 0.5 0.036 0.0097 Dibawah standar 11 0.35 0.025 0.0056 Dibawah standar 13 0.296 0.021 0.0025 Dibawah standar 15≤n≤39 3.85/n 0.281 0.025 Dibawah standar
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.
Tabel 4. Klasifikasi arus harmonisa pengukuran berdasarkan standar IEC 61000 3-2 kelas D pada
juicer C.
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.
Tabel 5. Klasifikasi arus harmonisa pengukuran berdasarkan standar IEC 61000 3-2 kelas D pada
juicer D. Harmonisa ke n Batasan Arus Hamonisa Standar IEC 61000 3-2 (juicer 260W) Arus Hamonisa Hasil Pengukuran (A) Keterangan (mA/W) (A) 3 3.4 1.028 0.80 Dibawah standar 5 1.9 0.528 0.13 Dibawah standar 7 1.0 0.270 0.121 Dibawah standar 9 0.5 0.139 0.057 Dibawah standar 11 0.35 0.097 0.034 Dibawah standar 13 0.296 0.082 0.014 Dibawah standar 15≤n≤39 3.85/n 1.07 0.009 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.
Tabel 6. Klasifikasi arus harmonisa pengukuran berdasarkan standar IEC 61000 3-2 kelas D pada
juicer E. Harmonisa ke n Batasan Arus Hamonisa Standar IEC 61000 3-2 (juicer 168.2W) Arus Hamonisa Hasil Pengukuran (A) Keteranga n (mA/W) (A) 3 3.4 0.571 0.831 Melebihi standar 5 1.9 0.319 0.08 Dibawah standar 7 1.0 0.168 0.052 Dibawah standar 9 0.5 0.087 0.053 Dibawah standar 11 0.35 0.058 0.0089 Dibawah standar 13 0.296 0.049 0.0045 Dibawah standar 15≤n≤39 3.85/n 0.571 0.0067 Dibawah standar 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.
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.
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, McGrow-hill 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. Harmonisa ke n Batasan Arus Hamonisa Standar IEC 61000 3-2 (juicer 324.2W) Arus Hamonisa Hasil Pengukuran (A) Keterangan (mA/W) (A) 3 3.4 1.102 1.038 Dibawah standar 5 1.9 0.615 0.07 Dibawah standar 7 1.0 0.324 0.033 Dibawah standar 9 0.5 0.162 0.036 Dibawah standar 11 0.35 0.113 0.017 Dibawah standar 13 0.296 0.095 0.022 Dibawah standar 15≤n≤39 3.85/n 1.248 0.001 Dibawah standar
