1 STUDY PERBANDINGAN PENGGUNAAN BALLAST LAMPU TL DENGAN STARTER
ELEKTRONIK LED DI PT. INTI CAKRAWALA CITRA
Dicki Andrian
1, Ir. Eddy Warman, MT
2Konsentrasi Teknik Energi Listrik Jurusan Teknik Elektro Sekolah Tinggi Teknik Harapan
JL. HM.Joni No.70a Medan 20152 INDONESIA Homepage : www.stth-medan.ac.id
Email : [email protected]
ABSTRAK
Lampu LED ( Light Emiting Diode ) adalah teknologi dioda pemancar cahaya yang akan menggantikan lampu pijar dan lampu pendar di masa depan. Indonesia sendiri penggunaan LED dalam penerangan masih jarang digunakan, ini karena harga dari lampu LED yang cukup mahal jika dibandingkan dengan lampu yang biasa digunakan. Banyak keuntungan yang di dapat dari penggunaan lampu LED ini, antara lain daya yang di serap cukup kecil dibandingkan lampu jenis TL( Tube Lamp ) yang memakai ballast. Cahaya yang dihasilkan cukup terang dan minim perawatan serta tahan lebih lama. Tugas akhir ini bertujuan untuk mengetahui perbandingan penggunaan lampu TL dengan lampu LED di PT. Inti Cakrawala Citra sehingga memberikan informasi yang sangat berguna bagi kalangan usaha dan masyarakat bahwa penggunaan LED sangatlah efektif dan efisien. Dari penelitian ini didapat besarnya penghematan konsumsi daya real untuk penggunaan lampu LED 18 W sebesar 42,62 % dan 36W sebesar 22,69 %.
Keyword : lampu LED , cos phi, lampu TL ( Tube Lamp )
ABSTRACT
LED (Light Emiting Diode) is a light-emitting diode technology that will replace incandescent and fluorescent lamps in the future. Indonesia's own use of LED in lighting is still rarely used, because the price of LED lights are quite expensive when compared to commonly used lamps. Many of the benefits obtained from the use of LED lights, among others, in the absorption power is quite small compared to lamp types TL (Tube Lamp) using ballast. The resulting light is bright enough and minimal maintenance and longer lasting. This thesis aims to compare the use of fluorescent lamp with LED lights in PT. Inti cakrawala Citra so as to provide very useful information for businesses and the public that the use of LED is very effective and efficient. From this research is obtained the amount of real power consumption savings for the use of LED lights 18 W for 42.62% and 22.69% at 36W.
Keyword: LED lamps, cos phi, lamp TL (Tube Lamp)
2 1. PENDAHULUAN
Dalam perkembangannya di bidang penerangan, lampu LED ( Light Emiting Diode) kini mulai digunakan sebagai lampu penerangan baik untuk penerangan rumah maupun Industri.
Indonesia sendiri penggunaan lampu LED dalam penerangan masih jarang digunakan, ini karena harga dari lampu LED yang cukup mahal jika dibandingkan dengan lampu yang biasa digunakan.
Pembuatan LED dilakukan berdasarkan kebutuhan tegangan yang umumnya digunakan oleh konsumen, yaitu pada tegangan 220V. Banyak keuntungan yang di dapat dari penggunaan lampu
LED ini, antara lain daya yang di serap cukup kecildibandingkan lampu jenis TL (Tube Lamp ) yang memakai ballast. Cahaya yang dihasilkan cukup terang dan minim perawatan serta tahan lebih lama.
Dunia Industri tentunya sangat menginginkan biaya operasional mereka lebih kecil dari laba yang mereka dapat, ini berhubungan dengan konsumsi daya listrik mereka yang sangat besar dikarenakan pemakaian peralatan – peralatan untuk produksi.
Dengan adanya penghematan daya listrik melalui penggunaan lampu LED, masalah cost operasional akan menjadi mudah untuk diatasi. Memang sedikit mahal harga dari lampu LED ini, tapi dengan adanya penelitian tentang perbandingan penggunaan lampu LED ini dengan lampu jenis TL, Industri – Industri akan mempertimbangkan untuk penggunaan lampu LED ini
2. LANDASAN TEORI
2.1. Ballast
Fungsi utama dari ballast pada lampu fluorescent adalah untuk membatasi aliran arus listrik agar rangkaian lampu bekerja sesuai dengan range daya yang dibutuhkan.
2.1.1 Ballast Elektromagnetik
Prinsip kerja dari ballast elektromagnetik pada lampu TL yaitu ketika tegangan AC 220 volt dihubungkan ke satu set lampu TL maka tegangan diujung – ujung starter sudah cukup untuk membuat gas neon di tabung starter panas (terionisasi), sehingga starter yang dalam kondisi normalnya “open” akan menjadi “closed”. Ballast konvesional mempunyai beberapa macam tipe, masing-masing tipe tersebut mempunyai perbedaan pada komponen pembentuknya, namun pada prinsipnya mempunyai fungsi yang sama. Yang termasuk bagian dalam ballast elektromagnetik antara lain adalah
1. Choke atau inductor ballast
Choke mempunyai fungsi utama untuk dapat mengalirkan daya dan arus mengoperasikan lampu dan dalam rangkaian tertentu juga akan melewatkan arus yang bertujuan untuk memanaskan elektroda.
2. Kapasitor ballast
Penggunaan kapasitor sebagai ballast akan dapat mengurangi rugi-rugi listrik yang rendah sehingga efisiensi dapat diperoleh hampir 100%. Kapasitor sulit menjadi panas sehingga terjadinya noise atau suara bising dapat diperkecil.
Pada frekuensi yang cukup tinggi keuntungan- keuntungan tersebut dapat diperoleh tetapi pada frekuensi rendah, dimana tegangan lampu masih berbentuk gelombang segi empat, sehingga kapasitor tidak dapat digunakan karena adanya distorsi dari arus lampu. Ketidaksesuaian kapasitor pada frekuensi rendah juga disebabkan oleh hal – hal yang lain. Salah satu contohnya adalah tegangan lampu yang berubah secara tidak kontiyu.
Hal ini adapat dianggap bahwa perubahan membutuhkan waktu yang singkat, tegangan utama tetap konstan, sehingga perubahan tegangan ditanggung oleh kapasitor.
3. Choke-capacitor ballast
Ballast tipe ini merupakan kombinasi antara ballast magnetis dengan ballast kapasitor.
Kumparan dirangkaikan secara seri dengan sebuah kapasitor kemudian dihubungkan dengan rangkaian lampu. Ballast tipe ini memungkinkan untuk digunakan pada high lamps voltage karena memiliki bentuk gelombang yang lebih baik jika dibandingkan dengan ballast tipe yang lainnya dan mempunyai tingkat sensitivitas yang kecil terhadap perubahan tegangan yang terjadi pada sumber yang disebabkan karena mempunyai karekteristik arus yang hampir konstan.
4. Leakage-reactance transformer ballast
Pada kondisi tertentu tegangan sumber AC normal tidak mampu untuk melakukan start dan mengoperasikan beberapa jenis lampu. Hal ini ballast perlu menaikkan tegangan untuk membangkitkan gas-gas yang ada didalam tabung lampu. Rangkaian ini lebih dikenal dengan stray field atau leakage-reactance transformer.
Gambar 2.1 Skema rangkaian lampu TL dengan trafo Ballast
2.1.2 Lampu Fluorescent
Lampu fluorescent lebih dikenal pada
masyarakat dengan nama lampu TL. Prinsip kerja
dari lampu ini menggunakan media gas mineral
flour yang berfungsi untuk menghasilkan cahaya,
dimana energi listrik akan membangkitkan gas di
dalam tabung lampu sehingga akan timbul sinar
3 ultra violet, dari sinar ultra violet itu akan
menimbulkan phosphors yang kemudian akan bercampur dengan mineral lainnya yang telah dilukiskan pada tabung lampu sehingga akan timbul cahaya.
Bagian – bagian lampu Fluorescent ( TL )
Gambar 2.3 Bagian – bagian lampu Fluorescent (TL )
1. Filamen Tungsten 2. Tabung Kaca 3. Gas Mulia (Argon) 4. Bubuk Fosfor 5. Air Raksa (Merkuri) 6. Kontak-kontak penghubung
Trafo Ballast dan Starter
Gambar 2.4 Ballast dan starter 2.3 Prinsip kerja Lampu LED
LED adalah singkatan dari Light Emitting Diode, artinya dioda yang bisa memancarkan cahaya. LED termasuk jenis dioda dan mempunyai dua kaki yang disebut anoda dan katoda. LED bisa memancarkan cahaya karena terjadi pelepasan foton saat proses pertemuan semikonduktor P dan semikonduktor N . Cahaya pada LED adalah energi elektromagnetik yang dipancarkan dalam bagian spektrum yang dapat dilihat. Cahaya yang tampak merupakan hasil kombinasi panjang- panjang gelombang yang berbeda dari energi yang dapat terlihat, mata bereaksi melihat pada panjang-panjang gelombang energi elektromagnetik dalam daerah antara radiasi ultraviolet dan infra merah. Cahaya terbentuk dari hasil pergerakan electron pada sebuah atom.
Dimana pada sebuah atom, elektron bergerak pada suatu orbit yang mengelilingi sebuah inti atom. Elektron pada orbit yang berbeda memiliki jumlah energi yang berbeda. Elektron yang berpindah dari orbit dengan tingkat energi lebih tinggi keorbit dengan tingkat energi lebih rendah perlu melepas energi yang dimilikinya.
Energi yang dilepaskan ini merupakan bentuk dari
foton sehingga menghasilkan cahaya. Semakin besar energi yang dilepaskan, semakin besar energi yang terkandung dalam foton.
Gambar 2.5 Perpindahan elektron pada sebuah LED
Warna cahaya LED bergantung pada material semikonduktor yang digunakan.Penggunaan LED saat ini sangat mendominasi komponen display dalam peralatan elektronika dari yang dulu hanya sebagai indikator power supply atau indikator saklar, sekarang LED sudah dipakai sebagai backlight LCD, lampu penerangan dan bahkan sudah bisa menjadi display gambar menggantikan LCD (tidak hanya backlight saja). Pemilihan LED didasarkan pada penggunaan daya listriknya yang sangat efisien atau dengan kata lain LED lebih hemat listrik.
Tegangan Maju (Forward Bias) LED
Masing-masing Warna LED (Light Emitting Diode) memerlukan tegangan maju (Forward Bias) untuk dapat menyalakannya.
Tegangan Maju untuk LED tersebut tergolong rendah sehingga memerlukan sebuah Resistor untuk membatasi Arus dan Tegangannya agar tidak merusak LED yang bersangkutan. Tegangan Maju biasanya dilambangkan dengan tanda V
F.
Tabel 2.2 Warna untuk tegangan maju 20mA
Rumus Cara Menghitung Resistor Untuk LED Pada rangkaian diatas kita menggunakan sebuah sumber tegangan DC (Battery) untuk menyalakan LED. Sebagai pembatas arus dipasag sebuah resistor R1 secara seri terhadap LED.
Besarnya nilai resistor dapat dihitung menggunakan rumus dasar hukum Ohm, dimana besarnya nilai resistor sama dengan tegangan dibagi arus. Karena resistor dipasang seri terhadap LED maka besarnya tegangan pada resistor sama
Warna Tegangan Maju @20mA
Infra Merah 1,2V
Merah 1,8V
Jingga 2,0V
Kuning 2,2V
Hijau 3,5V
Biru 3,6V
Putih 4,0V
4 dengan tegangan battery dikurangi forward LED.
Berikut ini rumus cara menghitung resistor untuk LED :
Misalnya kita menggunakan sebuah LED dengan batas arus maksimal sebesar 20mA dengan tegangan supply sebesar 5V dan tegangan maju sebesar 2V, maka nilai resistor yang kita pasang adalah sebesar 5V dikurangi 2V lalu dibagi dengan 20mA. Hasilnya sebesar 150 Ohm.
Rangkaian Starter LED AC 220 volt
LED adalah dioda yang dapat menyala atau memancarkan cahaya pada saat diberikan sumber tegangan secara forward. Pada dasarnya LED dapat dinyalakan dengan sumber tegangan DC 3 volt dan arus makismal 50 mA. Rangkaian LED AC 220 volt merupakan salah satu metode menyalakan LED menggunakan tegangan AC 220 Volt PLN. Rangkaian starter LED AC 220 Volt ini dapat diaplikasikan pada lampu penerangan rumah.
LED yang digunakan pada rangkaian ini adalah LED super bright agar dapat memberikan intensitas cahaya yang maksimal.
Gambar skema dan nilai komponen untuk membuat rangkaian starter LED AC 220 Volt dapat dilihat pada gambar 2.7
Gambar 2.7 Rangkaian Starter LED AC 220 volt Rangkaian starter LED AC 220 Volt untuk menyalakan LED dengan tegangan AC 220 Volt PLN dapat dilakukan dengan beberapa metode, salah satu metode tersebut adalah dengan membuat rangkaian seperti pada gambar diatas.
Metode menyalakan LED dengan tegangan AC 220V yang digunakan pada rangkaian diatas adalah dengan dengan cara menyearahkan tegangan AC 220V menjadi tegangan DC kemudian memberikan pembatas arus untuk tegangan supply rangkaian LED. Rangkaian LED AC 220 Volt pada gambar diatas terdiri dari beberapa bagian sebagai berikut:
1. Rectifier, bagian ini berfungsi untuk menyearahkan tegangan AC 220V menjadi tegangan DC. Komponen yang berfungsi sebagai rectifier adalah dioda bridge D1 dan kapasitor C2.
2. Pembatas arus, bagian pembatas arus berfungsi untuk membatasi arus
maksimum arus yang mengalir ke LED dan rectifier. Pada rangkaian starter LED AC 220 Volt diatas terdapat 2 unit pembatas arus yaitu pembatas arus untuk rectifier dan pembatas arus untuk LED.
Pembatas arus rectifier rmenggunakan resistor R1 110 KOhm dengan capasitor C1 dan pembatas arus LED menggunakan resistor R2 56 Ohm.
2.4 Teori dasar mengenai cahaya
Cahaya merupakan salah satu bagian dari berbagai jenis gelombang elektromagnetis yang terbang ke angkasa. Gelombang tersebut memiliki panjang dan frekuensi tertentu, yang nilainya dibedakan dari energi cahaya lainnya dalam spektrum elektromagnetisnya. Cahaya dipancarkan dari suatu benda dengan fenomena sebagai berikut:
Pijar, benda padat dan cair memancarkan radiasi yang dapat dilihat bila dipanaskan sampai suhu tertentu. Intensitas meningkat dan penampilan menjadi semakin putih jika suhu naik.
Muatan Listrik, jika arus listrik dilewatkan melalui gas,maka atom dan molekulnya akan memancarkan radiasi, dimana spektrumnya merupakan karakteristik dari elemen yang ada.
Electro Luminescence, Cahaya dihasilkan jika arus listrik dilewatkan melalui padatan tertentu seperti semikonduktor atau bahan yang mengandung fosfor.
Photo luminescence, radiasi pada salah satu panjang gelombang diserap, biasanya oleh suatu padatan dan dipancarkan
kembali pada berbagai
panjanggelombang. Bila radiasi yang dipancarkan kembali tersebut merupakan fenomena yang dapat terlihat, maka radiasi tersebut disebut fluorescence atau phosphorescence.Cahaya nampak menyatakan gelombang yang sempit diantara cahaya ultraviolet (UV) dan energi inframerah (panas). Gelombang cahaya tersebut mampu merangsang retina mata, yang menghasilkan sensasi penglihatan yang disebut pandangan. Oleh karena itu, penglihatan memerlukan mata yang berfungsi dan cahaya yang nampak.
2.5 Perhitungan Lumen
Flux cahaya (ф) adalah jumlah keseluruhan watt cahaya dengan satuan lumen, disingkat dengan lm. Satu watt cahaya kira – kira sama dengan 680 lumen. Angka perbandingan 680 ini dinamakan ekivalen pancaran fotometris.
Intensitas cahaya (I) adalah flux cahaya persatuan
sudut ruang yang dipancarkan ke suatu arah
tertentu yang diukur dalam satuan candela (cd).
5 Sedangkan steradian adalah sudut ruang
pada titik tengah bola antara jari-jari terhadap batas luar permukaan bola sebesar kuadrat jari-jarinya.
Gambar 2.9 Steradian
Karena luas permukaan bola = 4 πr
2, maka di sekitar titik tengah bola terdapat 4 sudut ruang yang masing-masing = 1 steradian.
Jumlah steradian suatu sudut ruang dinyatakan dengan lambang (omega) .
Luminansi adalah jumlah cahaya yang dipantulkan atau diteruskan oleh suatu obyek.
Permukaan yang lebih gelap akan memantulkan cahaya yang lebih sedikit daripada permukaan yang lebih terang, karena itu dibutuhkan iluminansi yang sama dengan permukaan yang lebih terang.
Iluminasi atau Intensitas penerangan (E) adalah cahaya yang mengenai suatu permukaan dan diukur dalam footcandle atau lux. Satu footcandle merupakan intensitas penerangan pada suatu permukaan dengan luas permukaan foot 2 berjarak pada satu foot dari sumber cahaya dengan intensitas cahaya 1 candle.
Gambar 2.10 Iluminasi
Dalam calculux dimungkinkan perhitungan luminansi suatu titik yang berupa grid, diambil pada tempat pemantulan cahaya dalam penyebaran yang merata dengan faktor pemantulan ρ. Efikasi adalah rentang angka perbandingan antara fluks cahaya (lumen) dengan daya listrik suatu sumber cahaya (watt), dalam satuan lumen/watt.
2.6 Perhitungan Beban
Setiap beban pasti memiliki daya, daya ini dihasilkan oleh beban pada saat terhubung dengan suplai, begitu pula dengan lampu. Lampu bias menghasilkan cahaya karena dia mengkonsumsi daya dalam jumlah tertentu sesuai dengan standart dari masing – masing produsen lampu tersebut.
Daya tersebut biasanya sudah dicantumkan pada setiap produk, tetapi daya ini juga bisa didapat dengan melalui pengukuran secara langsung pada masing – masing lampu. Daya sendiri ada 3 jenis,yaitu daya semu, daya aktif dan daya reaktif.
1. Daya semu
Daya semu merupakan penjumlahan vektor dari daya aktif dan daya reaktif. Daya ini dinyatakan dalam satuan VA.
dimana :
S : daya Semu (VA) P : Daya aktif (Watt) Q : Daya reaktif (Var) 2. Daya aktif
Daya aktif merupakan daya yang berupa daya kerja seperti daya mekanik, panas, cahaya, dan lainnya. Daya ini diperlukan supaya mesin dapat melakukan kerja real sesuai kapasitas dayanya. Daya aktif dinyatakan dalam satuan watt (W).
P = V x I x Cos Ф dimana :
P : daya aktif (Watt) v : tegangan (volt) i : arus (ampere)
Ф : sudut antara arus dan tegangan 3. Daya reaktif
Daya reaktif merupakan daya yang diperlukan oleh listrik yang bekerja dengan sistem elektromagnet. Daya ini dibutuhkan oleh mesin untuk mempertahankan medan magnetnya agar mesin dapat beroperasi dengan baik. Daya ini dinyatakan dalam satuan VAR.
Q = V x I x Sin Ф dimana :
Q : daya reaktif (Var) v : tegangan (volt) i : arus (ampere)
Ф : sudut antara arus dan tegangan
Dari rumus diatas, maka daya listrik dapat digambarkan sebagai segitiga siku – siku, yang secara vektor adalah penjumlahan daya aktif dan reaktif dan sebagai resultannya adalah daya semu.
Gambar 2.11 Segitiga daya
6 2.7 Harmonisa
Pada umumnya dalam dunia elektro, khususnya sistem tenaga listrik, distribusi listrik dapat di gambarkan sebagai bentuk gelombang sinus. Salah satu karakteristik dari sistem ini adalah pembentukan gelombang sinus ideal dimana bentuk gelombangnya bersih dan tidak terdistorsi.
Namun, bila terjadi distorsi berlebihan yang ditimbulkan oleh sumber harmonisa seperti converter.
2.7.1 Definisi Harmonisa
Harmonisa adalah gangguan yang terjadi pada sistem distribusi tenaga listrik akibat terjadinya distorsi gelombang arus dan tegangan.
Pada dasarnya, harmonisa adalah gejala pembentukan gelombang-gelombang dengan frekuensi berbeda yang merupakan perkalian bilangan bulat dengan frekuensi dasarnya. Bila terjadi superposisi antara gelombang frekuensi dasar dengan gelombang frekuensi harmonik maka terbentuklah gelombang terdistorsi sehingga bentuk gelombang tidak lagi sinusoidal.
Fenomenan ini disebut dengan distorsi harmonik.
Pembentukan gelombang non-sinusoidal hasil distorsi harmonik dapat dilihat pada gambar berikut :
Gambar 2.12 Proses pembentukan gelombang non- sinusoidal akibat distorsi harmonis.
2.7.2 Sumber Harmonisa
Pada sistem tenaga listrik dikenal dua jenis beban yaitu beban linier dan beban non linier.
Beban linier memberikan gelombang keluaran linier artinya arus yang mengalir sebanding dengan impendansi dan perubahan tegangan. Hal ini dapat dijelaskan pada gambar dibawah berikut :
Gambar 2.13 Keluaran gelombang linear Pada gambar diatas terlihat bahwa saat gelombang tegangan berbentuk sinusoidal maka gelombang arus juga berbentuk sinusoidal yang sama dengan gelombang tegangan. Salah satu jenis
beban liniear adalah resistor. Beban non linier memberikan gelombang keluaran arus yang tidak sebanding dengan tegangan dasar sehingga gelombang arus maupun teganganya tidak sama dengan gelombang masukannya. Hal ini dapat dijelaskan pada gambar berikut :
Gambar 2.14 Keluaran gelombang non-linear 2.7.3 Pengaruh Harmonisa
Tegangan dan arus harmonisa dapat menimbulkan efek yang berbeda-beda pada peralatan listrik yang terhubung dengan jaringan listrik tergantung karakteristik listrik beban itu sendiri. Seperti terjadinya penurunan kinerja dan bahkan menimbulkan kerusakan. Akan tetapi, secara umum pengaruh harmonisa pada peralatan listrik ada tiga, yaitu :
1. Nilai rms baik tegangan dan arus lebih besar
2. Nilai puncak (peak value) tegangan dan arus lebih besar
3. Frekuensi sistem turun 3. PEMBAHASAN
3.1 Cara kerja Ballast pada lampu Tl
Prinsip kerja dari ballast elektromagnetik pada lampu TL yaitu ketika tegangan AC 220 volt dihubungkan ke satu set lampu TL maka tegangan diujung – ujung starter sudah cukup untuk membuat gas neon di tabung starter panas (terionisasi), sehingga starter yang dalam kondisi normalnya “open” akan menjadi “closed”. Oleh karenanya gas neon menjadi dingin (deionisasi), dan dalam kondisi starter “closed” ini terdapat aliran arus yang memanaskan filament tabung lampu TL terionisasi.
Pada saat gas neon didalam tabung starter sudah cukup dingin maka bimetal di dalam tabung starter tersebut akan “open” kembali sehingga ballast akan menghasilkan spike tegangan tinggi yang mengakibatkan lompatan elektron dari kedua elektroda dan memendarkan lapisan fluorescent pada tabung lampu TL tersebut. Peristiwa ini akan berulang ketika gas dalam tabung lampu TL tidak terionisasi penuh sehingga tidak terdapat cukup arus yang melewati filament lampu tersebut.
Lampu tersebut akan berkedip, selain itu jika
tegangan induksi dari ballast tidak cukup besar
walaupun tabung neon TL tersebut sudah
7 terionisasi penuh tetap tidak akan menyebabkan
lompatan elektron dari salah satu elektroda tersebut.
Jika proses ‘Starting up’ pertama tidak berhasil maka tegangan diujung – ujung starter cukup untuk membuat gas neon di dalamnya terionisasi (panas) sehingga starter ‘closed’. Dan seterusnya sampai lampu TL masuk pada kondisi steady state yaitu saat impedansinya turun menjadi ratusan ohm. Impedansi dari tabung akan turun dari ratusan mega ohm menjadi ratusan ohm saja pada saat kondisi steady state. Arus yang di tarik oleh lampu TL tergantung dari impedansi trafo ballast seri dengan impedansi tabung lampu TL. Selain itu karena tidak ada sinkronisasi dengan tegangan input maka ada kemungkinan ketika starter berubah kondisi dari ‘closed’ ke ‘open’ terjadi pada saat tegangan AC turun mendekati nol sehingga tegangan yang dihasilkan ballast tidak cukup menyebabkan lompatan elektron pada tabung lampu TL.
Fungsi utama dari ballast pada lampu fluorescent adalah untuk membatasi aliran arus listrik agar rangkaian lampu bekerja sesuai dengan range daya yang dibutuhkan.
Gambar 3.1 Rangkaian instalasi lampu TL fluorescent
Pengujian Ballast Elektromagnetik
Berbeban
pada rangkaian pengujian ini memiliki prinsip dasar yang sama dari pemasangan voltmeter dan amperemeter. Voltmeter di hubungkan secara parallel ke sumber tegangan, dan ampermeter di seri dengan ballast untuk mendapatkan nilai arus dipasang tanpa harus melepas rangkaian. Ballast yang di gunakan adalah merk P 36 W dengan satu buah starter merk P dan lampu TL 36 W. Berikut ini pada gambar 3.2 menunjukkan rangkaian pengujian saat ballast berbeban. Pada rangkaian pengujian tersebut dapat terlihat cara pemasangan voltmeter, amperemeter dan cosphi meter.
Gambar 3.2 Rangkaian pengukuran ballast elektromagnetik berbeban
3.2 Starter Elektronik LED
Rangkaian starter LED AC 220 volt merupakan salah satu metode menyalakan LED menggunakan tegangan AC 220 Volt PLN.
Rangkaian starter LED AC 220 Volt ini dapat diaplikasikan pada lampu penerangan rumah. LED yang digunakan pada rangkaian ini adalah LED super bright agar dapat memberikan intensitas cahaya yang maksimal.
Gambar skema dan nilai komponen untuk membuat rangkaian starter LED AC 220 Volt dapat dilihat pada gambar 3.3
Gambar. 3.3 Rangkain starter elektronik LED Metode menyalakan LED dengan tegangan AC 220V yang digunakan pada rangkaian diatas adalah dengan dengan cara menyearahkan tegangan AC 220V menjadi tegangan DC kemudian memberikan pembatas arus untuk tegangan supply rangkaian LED. Rangkaian starter LED AC 220Volt pada gambar diatas terdiri dari beberapa bagian sebagai berikut:
1. Rectifier, bagian ini berfungsi untuk menyearahkan tegangan AC 220V menjadi tegangan DC. Komponen yang berfungsi sebagai rectifier adalah dioda bridge D1 dan kapasitor C2.
Rangkaian rectifier biasanya terdiri dari komponen Dioda. Terdapat 2 jenis rangkaian rectifier yaitu “Half Wave Rectifier” yang hanya terdiri dari 1 komponen Dioda dan “Full Wave Rectifier” yang terdiri dari 2 atau 4 komponen dioda.
Gambar 3.4 Rangkaian penyearah ( rectifier )
1. Pembatas arus, bagian pembatas arus
berfungsi untuk membatasi arus
maksimum arus yang mengalir ke LED
dan rectifier. Pada rangkaian LED AC 220
Volt diatas terdapat 2 unit pembatas arus
yaitu pembatas arus untuk rectifier dan
pembatas arus untuk LED. Pembatas arus
rectifier rmenggunakan resistor R1 110
8 KOhm dengan capasitor C1 dan pembatas
arus LED menggunakan resistor R2 56 Ohm.
Gambar 3.5 Rangkaian pembatas arus Pengujian Rangkaian Starter Elektronik LED Berbeban
Pada pengujian ini menggunakan lampu TL LED merk Rohs dengan daya 18 W dan starter penyalaan merk Rohs. Alat ukur yang digunakakan adalah voltmeter,cosphi meter dan amperemeter digital. Pada gambar 3.7 dapat dilihat skema rangkaian sebagai berikut:
Gambar 3.6 Rangkaian pengukuran starter elektronik LED berbeban
3.3 Prosedur Pengujian
Berikut ini adalah prosedur pengujian untuk setiap pengujian yang dilakukan baik pada ballast elektromagnetik dan starter elektronik LED :
1. Pengujian ballast elektromagnetik berbeban.
a. Memasang rangkaian seperti pada rangkaian pengujian diatas dengan menghubungkan alat ukur.
b. Mengaktifkan peralatan dengan memberikan tegangan 220V dan frekuensi 50Hz.
c. Menyetel peralatan sesuai kondisi pengujian.
d. Mengaktifkan dan mencatat pengujian selama 10 menit.
e. Setelah pengujian selesai, peralatan di- nonaktifkan dan mengumpulkan data yang di peroleh.
2. Pengujian starter elektronik LED berbeban.
a. Memasang rangkaian seperti pada rangkaian pengujian diatas dengan menghubungkan alat ukur.
b. Mengaktifkan peralatan dengan memberikan tegangan 220V dan frekuensi 50Hz.
c. Menyetel peralatan sesuai dengan kondisi pengujian
d. Mengaktifkan dan mencatat pengujian selama 10 menit.
e. Setelah pengujian selesai, peralatan di- nonaktifkan dan mengumpulkan data yang di peroleh.
4. ANALISA DAN DATA
4.1 Analisa Kualitas Daya Ballast dan Starter Elektronik LED
Pada sub bab analisis ini digunakan data yang didapatkan dari pengujian ballast berbeban, pengujian starter elektronik LED berbeban, pengujian ballast elektromagnetik tak berbeban dan pengujian starter elektronik LED tak berbeban.
Parameter power quality yang dianalisis pada sub bab ini adalah konsumsi daya, Total HarmonicDistortion (THD), dan faktor daya.
4.1.1 Konsumsi Daya
Dari pengukuran didapatkan data mengenai konsumsi daya ballast berbeban dengan daya starter elektronik LED berbeban tersebut.
Tabel 4.1 menunjukkan data konsumsi daya pada kedua jenis lampu.
Tabel 4.1 Data pengujian dari kedua jenis lampu.
Data - Data
JENIS LAMPU TL
18 w TL 36 w
LED 18w
LED 36w P (Watt) 26,18 41,25 15,02 31,89
S (VA) 70,4 74,08 15,33 32,55 Q (VAR) 63,35 61,54 3,06 2,65
V (Volt) 226 220 219 217
I (Ampere) 0,33 0,36 0,07 0,15
Cos ϕ 0,35 0,52 0,98 0,98
4.1.2 Total Harmonic Distortion (THD)
Pada pengukuran ballast berbeban
didapatkan besarnya nilai THD, baik I
THDdan
V
THD. Dari gambar 4.3 dan 4.4 terlihat besarnya
nilai I pada ballast dan starter tersebut. Dari data
yang didapatkan selanjutnya akan dillakukan
pengolahan untuk dilakukan perbandingan
terhadap standar yang digunakan. Standar yang
digunakan adalah standar IEEE519-1992 (Institute
of Electrical and Elektroniks Engineers). Pertama
yang dilakukan adalah mencari besarnya arus short
circuit Point of Common Coupling (PCC) dalam
hal ini adalah circuit breaker. Dari data didapatkan
bahwa besarnya nilai I
L= 25 A dan nilai Isc =
5000A.
9
Gambar 4.3 Grafik perbandingan nilai ITHD pada ballast elektromagnetik dengan starter elektronik LEDdengan beban lampu P 18W
Gambar 4.4 Grafik Perbandingan nilai ITHD pada Ballast elektromagnetik dengan starter elektronik LED dengan beban lampu P 36 W
4.1.3 Faktor Daya
Faktor daya merupakan parameter dalam power quality yang menunjukkan seberapa efisien suatu sistem atau peralatan mengubah arus dan tegangan masukan menjadi energi listrik. Gambar 4.7 dan 4.8 menunjukkan nilai faktor daya yang didapatkan dari pengukuran pada ballast dan starter elektronik tersebut
Gambar 4.7 Grafik perbandingan faktor daya pada ballast elektromagnetik dan starter elektronik 18W
Gambar 4.8 Grafik perbandingan faktor daya pada ballast elektromagnetik dan starter elektronik 36W
4.2 Analisis Segi Ekonomis Ballast dan Starter Elektronik LED
Pada analisis segi ekonomis ini akan dibahas dengan meninjau penggunaan ballast elektromagnetik maupun starter elektronik dari segi
ekonomis. Peninjauan dilakukan dengan melihat besarnya konsumsi energi yang digunakan baik pada ballast elektromagnetik maupun starter elektronik. Konsumsi energi listrik tersebut yang selanjutnya akan dikonversi dalam bentuk rupiah atau pada analisis ini dilihat biaya listrik yang dibayar dalam satu bulan. Pada analisis ini perbandingan segi ekonomis dilakukan pada ballast untuk setiap watt yang berbeda dengan diasumsikan bahwa setiap ballast menggunakan lampu TL merk Philips. Misalkan pada suatu rumah tempat tinggal yang memiliki daya nyata sebesar 1300 VA dan diasumsikan dirumah tersebut terdapat dua buah lampu TL 36 W dan dua buah LED Tube 36W dengan asumsi penggunaan lampu tersebut selama 12 jam dalam satu hari.
Berikut ini perhitungannya :
Ballast Elektromagnetik 36 W
Pada pengukuran berbeban didapatkan bahwa besarnya daya aktif rata-rata dari ballast elektromagnetik 36W sebesar 41.25W. Maka didapatkan besarnya konsumsi energi listrik dalam sehari adalah :
= 0,99 Kwh
Jika diasumsikan dalam satu bulan terdapat tiga puluh hari maka didapatkan besarnya konsumsi energi listrik dalam satu bulan sebesar :
= 29.7 Kwh
Selanjutnya besarnya konsumsi energi listrik dalam sebulan tersebut dikonversi dalam bentuk biaya listrik dalam satu bulan sehingga didapatkan besarnya biaya listrik dalam satu bulan, yaitu :
= Rp 41.956,002
Starter elektronik LED 36 W
Pada pengukuran berbeban didapatkan bahwa besarnya daya aktif rata-rata dari saklar elektronik 36W sebesar 32.35W.
Maka didapatkan besarnya konsumsi energi dalam sehari adalah :
= 0,776 Kwh
Jika diasumsikan dalam satu bulan terdapat tiga puluh hari maka didapatkan besarnya konsumsi energi listrik dalam satu bulan sebesar :
= 23,28 Kwh
Selanjutnya besarnya konsumsi energi
listrik dalam sebulan tersebut dikonversi
dalam bentuk biaya listrik dalam satu
bulan sehingga didapatkan besarnya biaya
listrik dalam satu bulan, yaitu :
10 = Rp. 32.886,72
Tabel 4.4 Perbandingan konsumsi energi dan biaya listrik pada ballast elektromagnetik dan starter elektronik LED
4.3 Perhitungan Lumen
Dengan menggunakan persamaan :
maka untuk mengetahui berapa lumen yang dihasilkan oleh LED Tube 18W adalah:
Misal diambil contoh untuk penerangan siang hari, yaitu 300 lux.
E = 300 lux
A = 5 × 8 meter = 40 m2 Ф = 300 lux × 40 m2 Ф = 12000 lumen
Dan apabila dimasukan ke persamaan :
Jadi bila diaplikasikan sesuai dengan daya yang tertera pada LED Tube 18W maka,
Ф = 12000/18 = 666,7 lumen/watt untuk LED Tube 18W
ω = 85°
I =137.684,55 cd
Tabel 4.5 Perbandingan nilai Iluminasi, flux cahaya, dan intensitas cahaya.
5. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 KESIMPULAN
1. Besarnya penghematan konsumsi daya real untuk penggunaan starter elektronik 18W sebesar 42,62 % dan 36W sebesar 22,69 %.
2. Pada pengukuran berbeban terlihat bahwa starter elektronik LED memiliki nilai I
THD(%) yang tidak memuhi standar. Hal ini disebabkan karena proses switching power suplai pada kerja dari starter elektronik LED.
3. Faktor daya yang kurang baik pada ballast magnetic disebabkan karena sifat induktif dari ballast tersebut. Pada data faktor daya antara ballast elektromagnetik 18 W dan 36 W terlihat bahwa ballast elektromagnetik 36 W memiliki nilai faktor daya yang lebih baik dibandingkan dengan ballast elektromagnetik 18W.
4. Dari analisa terlihat sama hal dengan starter elektronik LED 36W bahwa starter elektronik LED 18W memiliki biaya listrik perbulan dan konsumsi energi listrik yang lebih kecil dibandingkan dengan ballast elektromagnetik 36W.
5.2 SARAN
1. Untuk pencahayaan yang lebih baik bisa digunakan pemantul (reflector) yang lebih standart, agar tidak banyak cahaya yang terbuang.
I
THD(%) yang masih tinggi pada starter elektronik LED ini dapat diminimalisir dengan penggunaan rangkaian filter pasif pada sistem tenaga listrik.
DAFTAR PUSTAKA
1. Chapman, Stephen J. (2002). Electric Machinery and Power System Fundamentals. New York : McGraw-Hill Higher Education, hal. 109 – 110.
2. Dugan, Roger C. et al. (2002). Electrical Power Systems Quality. New York :McGraw-Hill, hal 186 – 188
3. NLPIP. (2000). Specifier Reports:
Elektronik Ballast Non-dimming elektronik ballast for 4-foot and 8-foot fluorescent lamps Volume 8 Number 1.
New York: NLPIP.
4. NLPIP. (1992). Specifier Report : Power Reducers Flourescent Lighting. NewYork : NLPIP
5. Hibbard, John F. Lowenstein, Michael Z.
Meeting IEEE 519-1992 HarmonicLimits.
Milwaukee : Trans-Coil, Inc. hal 5 6. Saputro, JH. (2013). “ Analisa
penggunaan lampu LED pada
penerangan dalam rumah”.
www.elektro.undip.ac.id/el_kpta/wp.../L2 F006058_MTA.pdf.
TIPE
Starter elektronik Ballast elektromagnetik
Konsumsi energi listrik perbulan
(Kwh)
Biaya listrik perbulan
(Rp)
Konsumsi energi listrik perbulan
(Kwh)
Biaya listrik perbulan
(Rp)
36W 23,28 32.886,72 29,7 41.956,002
18W 12,52 17.687,63 18,84 26.628,07
Type Lampu
E malam
E
siang A Ф
malam Ф
siang I malam I siang
(Lux) (Lux) m2 (Lm) (Lm) (Cd) (Cd)
TL
18W 29 52 40 1,160 2,080 13,318.03 23,865.32 TL
36W 163 283 40 6,520 11,320 74,856.49 129,882.43 LED
Tube 18W
172 300 40 6,880 12,000 78,989.67 137,684.56
LED Tube 36W
412 720 40 16,480 28,800 189,207.81 330,442.94
