TAPPDF.COM PDF DOWNLOAD 1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 LATAR BELAKANG ENERGI ... ETD UGM
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Energi listrik merupakan energi yang mempunyai sifat- sifat yang
banyak menguntungkan dibandingkan energi lain: mudah dibangkitkan
(generation),
mudah
dikirimkan
(transmition),
mudah
dibagi-
bagikan(distribution), serta mudah diubah menjadi energi lain dengan
efisiensi tinggi.
Untuk membangkitkan energi listrik diperlukan energi lain, sebagai
energi penggerak mula (primover), yang ada pada saat ini kebanyakan
menggunakan energi fosil. Cadangan energi yang bersumber pada energi
fosil saat ini sudah mulai menipis, sedangkan untuk pembangkitan energi
listrik masih banyak yang bertumpu pada energi tersebut. Walaupun upaya
pembangkitan energi listrik sedang diupayakan banyak cara yang
menggunakan energi selain energi fosil dan merupakan proses yang ramah
lingkungan (reversible).
Pada sisi lain perlu adanya upaya penghematan energi untuk
memenuhi kebutuhan energi, baik keperluan industri dan rumah tangga.
Dalam penghematan energi listrik maka dapat diupayakan peningkatan
kualitas daya listrik (Electric power quality = EPQ).
Untuk penghematan penggunaan energi listrik, khususnya kebutuhan
penerangan harus diupayakan adanya konversi dari energi listrik menjadi
1
cahaya secara optimal dan efisien, maka digunakan LHE ( Lampu Hemat
Energi ). Hal ini secara umum untuk keperluan gedung kebutuhan energi
listrik mencapai 25% sampai 50 % [18].
Dalam LHE terdapat ballast elektronik yang digunakan dalam
pengubahan dari Alternating Current to Direct Current (AC-DC)
dan
adanya converter ini akan menimbulkan adanya harmonik arus, yang akan
menurunkan kualitas daya listrik.
Dengan demikian perlu diupayakan pengurangan harmonik arus
yang ditimbulkan akibat perubahan AC-DC dan adanya converter (Direct
Current to Alternating Current = DC-AC) pada ballast elektronik dalam
LHE, sehingga diperoleh EPQ secara optimal dan dengan meminimalkan
biaya dalam pengurangan adanya harmonik, hal ini untuk mempertahankan
harga LHE yang relative murah dibandingkan dari harga semula.
1.2
Perumusan masalah
Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan, maka dapat
dijelaskan bahwa permasalahan yang akan dianalisis dalam penelitian dapat
diuraikan sebagai berikut :
1. Bagaimana cara kerja dari LHE dengan ballast elektronik dengan
kapasitas tertentu.
2. Seberapa besar harmonik arus yang ada pada LHE dengan ballast
elektronik untuk kapasitas yang sama dan bagaimana cara memperkecil
harmonik bila digunakan filter hybrid.
2
3. Bagaimana karakteristik daya yang diserap dan daya reaktif yang ada
pada LHE dengan ballast elektronik dengan kapasitas yang sama.
4. Seberapa besar harmonik arus yang ditimbulkan oleh n buah LHE
dengan ballast elektronik dengan kapasitas tertentu.
Didasarkan dari rumusan tersebut diatas dicari metode yang
sederhana dan murah untuk mengurangi adanya harmonik arus, konsumsi
daya, konsumsi arus, tegangan operasi, serta faktor daya akibat penggunaan
ballast elektronik dalam LHE.
1.3
Keaslian penelitian
Dari beberapa kajian yang telah ditelaah yang berkaitan adanya
harmonik arus yang timbul akibat penggunaan ballast elektronik pada LHE,
maupun akibat pembebanan dan berbagai analisis yang dipergunakan untuk
mengurangi adanya harmonik arus, yang antara lain :
Eka Firmansah, Satoshi TOMIOKA, [1], melakukan riset untuk
mengurangi adanya harmonik yang ditimbulkan akibat perubahan dari
listrik AC-DC pada D.C power supply dengan mengubah topologi
rangkaiannya, riset tersebut diberi judul : Totem-Pole-Factor – Correction
Converter under Critical-Conduction -Mode Interval Operation, dan dimuat
pada IEICE transactions on Comunication, Vol.E93-B No.9, September
2010. Hasil riset tersebut menemukan topologi baru dari D.C power supply,
yaitu tanpa menggunakan bridge diode dalam pengubahan dari AC- DC.
J. F. Hernández-Pérez, dkk., [11], melakukan riset, yaitu dengan uji
3
coba dan analisis matematis, adanya harmonik arus akan mengakibatkan
penurunan power quality akibat pemakaian LHE. Riset tersebut dengan
judul :A orlet Wavele Signal Analysis with a Daubechies Filter for Power
Quality Disturbances dan dimuat pada jurnal IEEE.
Subuh Isnur Haryudo,[6], melakukan riset dan uji coba, untuk
menurunkan adanya harmonik dengan menggunakan gabungan filter – filter,
riset tersebut diberi judul :
Peredaman Harmonik Sistem Tenaga
Menggunakan Filter Aktif Hybrid, dan dilakukan di Electrical Engineering,
Faculty of Technology, Hang Tuah University, Indonesia.
Mujiman, [5], melakukan penelitian tentang penggunaan ballast
elektronik dibandingkan ballast induktor pada lampu fluorescen dan dalam
penelitian tersebut dinyatakan kelebihan LHE dengan ballast elektronik,
antara lain : waktu start lebih cepat, hemat energi, tidak terdapat efek
stroboscopik dan menghasilkan kuat cahaya lebih besar.
Arief [16], melakukan penelitian dengan metode Charge Pump
Power
Factor Corrector, bahwa dengan pemakaian ballast elektronik,
mampu memperbaiki faktor daya pada lampu TL, hingga mendekati ideal,
juga dapat mengatasi gangguan akibat turunnya tegangan.
Liem Ek Bien [4], melakukan penelitian tentang studi terjadinya
harmonik pada lampu hemat energi (LHE) dan mengurangi harmonik arus
untuk orde yang paling besar pengaruhnya, yaitu orde -3.
Zhijun Wu, Chao Xu, Jianfu Zhang, Dingwen Yu and Pingfa Feng,
[14], melakukan riset pada industri yang menggunakan peralatan dengan
4
kerja non kontinyu dan menimbulkan harmonik arus, dan dilakukan analisis
tentang harmonic yang ditimbulkannya. Riset tersebut dengan judul : Modal
and Harmonic Response Analysis and Evaluation of Machine Tools, dan
dimuat dalam jurnal ilmiah IEEE.
Hui Ding, dkk., [10], melakukan riset
permasalahan
untuk mengatasi adanya
pada Pitch Detection, dengan menggunakan metode
kombinasi LPC-Based Cepstrum dan Harmonic Product Spectrum secara
analisis matematis dan hasil dalam bentuk spektrumnya, dan dengan judul :
A Method Combining LPC-Based Cepstrum and Harmonic Product
Spectrum for Pitch Detection, dimuat pada jurnal ilmiah IEEE.
Qiang Jiang, dkk., [8], melakukan riset untuk menerapkan metode
analisis dari isyarat dalam mengukur harmonik dan inter harmonik yang ada
pada system tenaga listrik secara advantage dengan fast Fourier transform
(FFT).
Selain itu juga memberikan solusi untuk menganalisis dengan
algorithma akan harmonik dan inter harmonik, yang dilakukan dengan uji
coba analisis tersebut, dengan judul : Measurement of Harmonics and Interharmonics Based on DWFFT, yang dimuat dalam jurnal IEEE.
LV Zhaorui, XIA Li, WU Zhengguo, [9], melakukan riset untuk
memperoleh sistem pengaturan kecepatan motor dengan merubah frekuensi
dengan menggunakan konverter, yang mempunyai efek harmonik yang kecil
dengan untuk memperoleh kualitas daya listrik yang baik, judul riset ini
adalah : A New Harmonic Analysis Method for AC/DC/AC Converters, dan
dipublikasikan dalam jurnal IEEE.
5
Pada penelitian ini akan dilakukan pengurangan harmonik arus
akibat proses penyearahan AC-DC pada ballast elektronik yang digunakan
pada LHE dengan metode yang sederhana dan murah dengan filter hybrid.
1.4
Tujuan penelitian
Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan, maka dapat
dijelaskan bahwa permasalahan yang akan dianalisis dalam penelitian dapat
diformulasikan sebagai berikut :
1. Mengetahui cara kerja dari LHE dengan ballast elektronik dengan
kapasitas tertentu.
2. Melakukan pengukuran besar harmonik arus yang ada pada LHE dengan
ballast elektronik dengan kapasitas yang sama.
3. Menganalisis daya yang diserap dan daya reaktif yang ada pada LHE
dengan ballast elektronik dengan kapasitas yang sama, serta melakukan
analisis untuk memperkecil harmonik dengan menggunakan filter
hybrid.
4. Melakukan analisis terhadap kualitas daya listrik akibat adanya
harmonik arus yang diakibatkan n buah LHE dengan ballast elektronik,
pada jaringan distribusi.
Didasarkan dari beberapa tujuan tersebut, data yang diperoleh dalam
pengujian penting untuk dianalisis.
1.5
Manfaat Penelitian
1. Dengan penelitian ini diharapkan dapat menambah khasanah dalam
dunia ilmu, khususnya tetang harmonik pada lampu hemat energi.
6
2. Dari hasil penelitian ini dapat diukur besarnya harmonik arus akibat
penyearahan AC-DC, akibat penggunaan ballast elektronik. Selain itu
juga dapat diperoleh cara mengurangi adanya harmonik tersebut agar
memenuhi ketentuan IEC 61000-3-2. Class C, dengan demikian dapat
meningkatkan kualitas LHE secara optimal.
3. Dari penelitian ini akan dapat memberikan sumbangan pemikiran
terhadap kualitas daya listrik pada jaringan distribusi yang ditimbulkan
adanya harmonik arus, akibat pengaruh beban LHE dengan kapasitas
sesuai dengan IEC 6100-3-2. Class C.
7
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Energi listrik merupakan energi yang mempunyai sifat- sifat yang
banyak menguntungkan dibandingkan energi lain: mudah dibangkitkan
(generation),
mudah
dikirimkan
(transmition),
mudah
dibagi-
bagikan(distribution), serta mudah diubah menjadi energi lain dengan
efisiensi tinggi.
Untuk membangkitkan energi listrik diperlukan energi lain, sebagai
energi penggerak mula (primover), yang ada pada saat ini kebanyakan
menggunakan energi fosil. Cadangan energi yang bersumber pada energi
fosil saat ini sudah mulai menipis, sedangkan untuk pembangkitan energi
listrik masih banyak yang bertumpu pada energi tersebut. Walaupun upaya
pembangkitan energi listrik sedang diupayakan banyak cara yang
menggunakan energi selain energi fosil dan merupakan proses yang ramah
lingkungan (reversible).
Pada sisi lain perlu adanya upaya penghematan energi untuk
memenuhi kebutuhan energi, baik keperluan industri dan rumah tangga.
Dalam penghematan energi listrik maka dapat diupayakan peningkatan
kualitas daya listrik (Electric power quality = EPQ).
Untuk penghematan penggunaan energi listrik, khususnya kebutuhan
penerangan harus diupayakan adanya konversi dari energi listrik menjadi
1
cahaya secara optimal dan efisien, maka digunakan LHE ( Lampu Hemat
Energi ). Hal ini secara umum untuk keperluan gedung kebutuhan energi
listrik mencapai 25% sampai 50 % [18].
Dalam LHE terdapat ballast elektronik yang digunakan dalam
pengubahan dari Alternating Current to Direct Current (AC-DC)
dan
adanya converter ini akan menimbulkan adanya harmonik arus, yang akan
menurunkan kualitas daya listrik.
Dengan demikian perlu diupayakan pengurangan harmonik arus
yang ditimbulkan akibat perubahan AC-DC dan adanya converter (Direct
Current to Alternating Current = DC-AC) pada ballast elektronik dalam
LHE, sehingga diperoleh EPQ secara optimal dan dengan meminimalkan
biaya dalam pengurangan adanya harmonik, hal ini untuk mempertahankan
harga LHE yang relative murah dibandingkan dari harga semula.
1.2
Perumusan masalah
Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan, maka dapat
dijelaskan bahwa permasalahan yang akan dianalisis dalam penelitian dapat
diuraikan sebagai berikut :
1. Bagaimana cara kerja dari LHE dengan ballast elektronik dengan
kapasitas tertentu.
2. Seberapa besar harmonik arus yang ada pada LHE dengan ballast
elektronik untuk kapasitas yang sama dan bagaimana cara memperkecil
harmonik bila digunakan filter hybrid.
2
3. Bagaimana karakteristik daya yang diserap dan daya reaktif yang ada
pada LHE dengan ballast elektronik dengan kapasitas yang sama.
4. Seberapa besar harmonik arus yang ditimbulkan oleh n buah LHE
dengan ballast elektronik dengan kapasitas tertentu.
Didasarkan dari rumusan tersebut diatas dicari metode yang
sederhana dan murah untuk mengurangi adanya harmonik arus, konsumsi
daya, konsumsi arus, tegangan operasi, serta faktor daya akibat penggunaan
ballast elektronik dalam LHE.
1.3
Keaslian penelitian
Dari beberapa kajian yang telah ditelaah yang berkaitan adanya
harmonik arus yang timbul akibat penggunaan ballast elektronik pada LHE,
maupun akibat pembebanan dan berbagai analisis yang dipergunakan untuk
mengurangi adanya harmonik arus, yang antara lain :
Eka Firmansah, Satoshi TOMIOKA, [1], melakukan riset untuk
mengurangi adanya harmonik yang ditimbulkan akibat perubahan dari
listrik AC-DC pada D.C power supply dengan mengubah topologi
rangkaiannya, riset tersebut diberi judul : Totem-Pole-Factor – Correction
Converter under Critical-Conduction -Mode Interval Operation, dan dimuat
pada IEICE transactions on Comunication, Vol.E93-B No.9, September
2010. Hasil riset tersebut menemukan topologi baru dari D.C power supply,
yaitu tanpa menggunakan bridge diode dalam pengubahan dari AC- DC.
J. F. Hernández-Pérez, dkk., [11], melakukan riset, yaitu dengan uji
3
coba dan analisis matematis, adanya harmonik arus akan mengakibatkan
penurunan power quality akibat pemakaian LHE. Riset tersebut dengan
judul :A orlet Wavele Signal Analysis with a Daubechies Filter for Power
Quality Disturbances dan dimuat pada jurnal IEEE.
Subuh Isnur Haryudo,[6], melakukan riset dan uji coba, untuk
menurunkan adanya harmonik dengan menggunakan gabungan filter – filter,
riset tersebut diberi judul :
Peredaman Harmonik Sistem Tenaga
Menggunakan Filter Aktif Hybrid, dan dilakukan di Electrical Engineering,
Faculty of Technology, Hang Tuah University, Indonesia.
Mujiman, [5], melakukan penelitian tentang penggunaan ballast
elektronik dibandingkan ballast induktor pada lampu fluorescen dan dalam
penelitian tersebut dinyatakan kelebihan LHE dengan ballast elektronik,
antara lain : waktu start lebih cepat, hemat energi, tidak terdapat efek
stroboscopik dan menghasilkan kuat cahaya lebih besar.
Arief [16], melakukan penelitian dengan metode Charge Pump
Power
Factor Corrector, bahwa dengan pemakaian ballast elektronik,
mampu memperbaiki faktor daya pada lampu TL, hingga mendekati ideal,
juga dapat mengatasi gangguan akibat turunnya tegangan.
Liem Ek Bien [4], melakukan penelitian tentang studi terjadinya
harmonik pada lampu hemat energi (LHE) dan mengurangi harmonik arus
untuk orde yang paling besar pengaruhnya, yaitu orde -3.
Zhijun Wu, Chao Xu, Jianfu Zhang, Dingwen Yu and Pingfa Feng,
[14], melakukan riset pada industri yang menggunakan peralatan dengan
4
kerja non kontinyu dan menimbulkan harmonik arus, dan dilakukan analisis
tentang harmonic yang ditimbulkannya. Riset tersebut dengan judul : Modal
and Harmonic Response Analysis and Evaluation of Machine Tools, dan
dimuat dalam jurnal ilmiah IEEE.
Hui Ding, dkk., [10], melakukan riset
permasalahan
untuk mengatasi adanya
pada Pitch Detection, dengan menggunakan metode
kombinasi LPC-Based Cepstrum dan Harmonic Product Spectrum secara
analisis matematis dan hasil dalam bentuk spektrumnya, dan dengan judul :
A Method Combining LPC-Based Cepstrum and Harmonic Product
Spectrum for Pitch Detection, dimuat pada jurnal ilmiah IEEE.
Qiang Jiang, dkk., [8], melakukan riset untuk menerapkan metode
analisis dari isyarat dalam mengukur harmonik dan inter harmonik yang ada
pada system tenaga listrik secara advantage dengan fast Fourier transform
(FFT).
Selain itu juga memberikan solusi untuk menganalisis dengan
algorithma akan harmonik dan inter harmonik, yang dilakukan dengan uji
coba analisis tersebut, dengan judul : Measurement of Harmonics and Interharmonics Based on DWFFT, yang dimuat dalam jurnal IEEE.
LV Zhaorui, XIA Li, WU Zhengguo, [9], melakukan riset untuk
memperoleh sistem pengaturan kecepatan motor dengan merubah frekuensi
dengan menggunakan konverter, yang mempunyai efek harmonik yang kecil
dengan untuk memperoleh kualitas daya listrik yang baik, judul riset ini
adalah : A New Harmonic Analysis Method for AC/DC/AC Converters, dan
dipublikasikan dalam jurnal IEEE.
5
Pada penelitian ini akan dilakukan pengurangan harmonik arus
akibat proses penyearahan AC-DC pada ballast elektronik yang digunakan
pada LHE dengan metode yang sederhana dan murah dengan filter hybrid.
1.4
Tujuan penelitian
Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan, maka dapat
dijelaskan bahwa permasalahan yang akan dianalisis dalam penelitian dapat
diformulasikan sebagai berikut :
1. Mengetahui cara kerja dari LHE dengan ballast elektronik dengan
kapasitas tertentu.
2. Melakukan pengukuran besar harmonik arus yang ada pada LHE dengan
ballast elektronik dengan kapasitas yang sama.
3. Menganalisis daya yang diserap dan daya reaktif yang ada pada LHE
dengan ballast elektronik dengan kapasitas yang sama, serta melakukan
analisis untuk memperkecil harmonik dengan menggunakan filter
hybrid.
4. Melakukan analisis terhadap kualitas daya listrik akibat adanya
harmonik arus yang diakibatkan n buah LHE dengan ballast elektronik,
pada jaringan distribusi.
Didasarkan dari beberapa tujuan tersebut, data yang diperoleh dalam
pengujian penting untuk dianalisis.
1.5
Manfaat Penelitian
1. Dengan penelitian ini diharapkan dapat menambah khasanah dalam
dunia ilmu, khususnya tetang harmonik pada lampu hemat energi.
6
2. Dari hasil penelitian ini dapat diukur besarnya harmonik arus akibat
penyearahan AC-DC, akibat penggunaan ballast elektronik. Selain itu
juga dapat diperoleh cara mengurangi adanya harmonik tersebut agar
memenuhi ketentuan IEC 61000-3-2. Class C, dengan demikian dapat
meningkatkan kualitas LHE secara optimal.
3. Dari penelitian ini akan dapat memberikan sumbangan pemikiran
terhadap kualitas daya listrik pada jaringan distribusi yang ditimbulkan
adanya harmonik arus, akibat pengaruh beban LHE dengan kapasitas
sesuai dengan IEC 6100-3-2. Class C.
7