2 ANALISIS DAMPAK PEMAKAIAN ALAT PENGHEMAT ENERGI LISTRIK TERHADAP KUALITAS DAYA PADA BEBAN LAMPU PIJAR DAN LAMPU TL Oleh : Sunarto Staf Pengajar Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Bandung E-mail: [email protected]Abstrak Lingkup penelitian ini adalah meneliti mengenai sifat beban dari alat penghemat energi listrik komersial, yaitu dengan mengukur besaran arus, daya, faktor daya, THD V , dan THD I . Pengukuran besaran-besaran tersebut dilakukan pada saat tanpa beban dengan alat tersebut sebagai beban, pengukuran dengan beban lampu pijar sebelum dan setelah dipasang alat penghemat energi listrik, serta pengukuran dengan beban lampu TL sebelum dan setelah dipasang alat penghemat energi listrik. Berdasarkan hasil pengukuran pada alat tersebut dalam keadaan tanpa beban didapat nilai faktor daya (cos φ) sangat rendah dan leading, yang berarti alat tersebut merupakan beban kapasitif. Setelah diukur menggunakan alat ukur RLC, nilai kapasitor dalam alat penghemat energi listrik adalah : save trick = 9,73 µF; digital saver = 8,11 µF; home electric saver = 9,77 µF. Ternyata di dalam alat tersebut hanya berisi sebuah kapasitor yang berarti bahwa alat tersebut berfungsi sebagai alat perbaikan faktor daya. Kapasitor merupakan beban non-linear yang bisa menimbulkan harmonisa, tetapi dari hasil pengukuran, THD yang dihasilkan oleh alat tersebut masih di bawah standard. Pemasangan alat penghemat energi listrik yang berfungsi sebagai perbaikan faktor daya tidak bisa digunakan pada beban lampu pijar karena memperbesar nilai arus yang disuplai oleh PLN. Berdasarkan hasil pengukuran pada beban lampu TL, nilai arus yang disuplai oleh PLN menurun setelah dipasang alat penghemat energi listrik. Penurunan arus ini dikarenakan alat tersebut berfungsi sebagai perbaikan faktor daya. Kenaikan faktor daya ini memperkecil daya reaktif (Q) dan daya semu (S), tetapi nilai daya aktif (P) tetap yang berarti bahwa alat penghemat energi listrik tidak bisa menghemat pemakaian energi listrik (kWh). Kata kunci : Alat penghemat energi listrik, perbaikan factor daya. POLBAN
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
2
ANALISIS DAMPAK PEMAKAIAN ALAT PENGHEMAT ENERGI LISTRIK TERHADAP KUALITAS DAYA PADA BEBAN LAMPU PIJAR DAN
LAMPU TL
Oleh : Sunarto
Staf Pengajar Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Bandung
Abstrak Lingkup penelitian ini adalah meneliti mengenai sifat beban dari alat penghemat energi listrik komersial, yaitu dengan mengukur besaran arus, daya, faktor daya, THDV, dan THDI. Pengukuran besaran-besaran tersebut dilakukan pada saat tanpa beban dengan alat tersebut sebagai beban, pengukuran dengan beban lampu pijar sebelum dan setelah dipasang alat penghemat energi listrik, serta pengukuran dengan beban lampu TL sebelum dan setelah dipasang alat penghemat energi listrik. Berdasarkan hasil pengukuran pada alat tersebut dalam keadaan tanpa beban didapat nilai faktor daya (cos φ) sangat rendah dan leading, yang berarti alat tersebut merupakan beban kapasitif. Setelah diukur menggunakan alat ukur RLC, nilai kapasitor dalam alat penghemat energi listrik adalah : save trick = 9,73 µF; digital saver = 8,11 µF; home electric
saver = 9,77 µF. Ternyata di dalam alat tersebut hanya berisi sebuah kapasitor yang berarti bahwa alat tersebut berfungsi sebagai alat perbaikan faktor daya. Kapasitor merupakan beban non-linear yang bisa menimbulkan harmonisa, tetapi dari hasil pengukuran, THD yang dihasilkan oleh alat tersebut masih di bawah standard. Pemasangan alat penghemat energi listrik yang berfungsi sebagai perbaikan faktor daya tidak bisa digunakan pada beban lampu pijar karena memperbesar nilai arus yang disuplai oleh PLN. Berdasarkan hasil pengukuran pada beban lampu TL, nilai arus yang disuplai oleh PLN menurun setelah dipasang alat penghemat energi listrik. Penurunan arus ini dikarenakan alat tersebut berfungsi sebagai perbaikan faktor daya. Kenaikan faktor daya ini memperkecil daya reaktif (Q) dan daya semu (S), tetapi nilai daya aktif (P) tetap yang berarti bahwa alat penghemat energi listrik tidak bisa menghemat pemakaian energi listrik (kWh). Kata kunci : Alat penghemat energi listrik, perbaikan factor daya.
POLBAN
2
1. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Upaya-upaya penghematan energi listrik mendapat perhatian serius semua
pihak karena biaya bahan bakar untuk produksi listrik semakin mahal, dan isu
pemanasan global pada proses penyediaan listrik semakin mengemuka karena
sebagian besar listrik PLN diproduksi melalui proses pembakaran. Salah satu upaya
penghematan pemakaian energi listrik yang dilakukan oleh masyarakat adalah dengan
memasang alat penghemat energi listrik yang dijual secara komersial. Para penjual
alat penghemat energi listrik ini umumnya menjanjikan dapat menghemat energi
listrik sampai dengan 40 %. Biasanya para penjual dipersenjatai dengan sebuah alat
demonstrasi untuk menunjukkan kepada calon konsumen bahwa alat penghemat
listrik tersebut memang benar-benar bekerja. Biasanya alat peraga dilengkapi dengan
sumber daya listrik PLN, beberapa beban (Lampu TL, vacuum cleaner, pengering
rambut), amper meter, dan tentunya alat yang dipasarkan. Pertama kali penjual
menyalakan beban tanpa dipasang alat penghemat energi listrik dan mengukur arus
yang dikonsumsi. Setelah itu dipasang alat penghemat energi listrik kemudian
mengukur arus listrik yang dikonsumsi dan ternyata menjadi berkurang.
Atas dasar permasalahan di atas maka perlu dibuktikan apakah dampak
penggunaan alat penghemat energi listrik itu benar-benar dapat menghemat
pemakaian energi listrik, dan bagaimana pengaruh pemasangan alat tersebut pada
beban yang bersifat resistif dan beban yang bersifat induktif, serta dampak yang
ditimbulkan akibat pemasangan alat tersebut.
1.2 Tujuan
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk membuktikan masalah :
1. Konsumsi daya dan arus pada alat penghemat energi listrik , serta dampak
yang ditimbulkan oleh alat tersebut.
POLBAN
3
2. Pengaruh pemasangan alat penghemat energi listrik pada beban yang bersifat
resistif.
3. Pengaruh pemasangan alat penghemat energi listrik pada beban yang bersifat
induktif.
4. Apakah pemasangan alat penghemat energi listrik benar-benar bisa
menghemat pemakaian energi listrik atau tidak.
5. Keuntungan dan kerugian dari pemasangan alat penghemat energi listrik.
2. Tinjauan Pustaka dan Landasan Teori
2.1 Tinjauan pustaka
Energy Saver Devices (ESD) merupakan sebuah perangkat yang memperbaiki
faktor daya, tidak mampu menghasilkan penghematan energi yang berarti pada
bebannya [1].
Unjuk kerja faktor daya input naik setelah menggunakan PFC (Power Factor
Correction). Bila beban diubah-ubah perbedaan faktor daya berkisar antara 0,3 –
0,35. Terdapat perbaikan faktor daya yang cukup berarti yang dapat dicapai oleh
boost PFC aktif [2].
2.2 Landasan teori
2.2.1 Komponen daya
Komponen daya pada arus bolak-balik ada tiga, yaitu [3] :
a. Daya aktif : P = V x I x Cos φ .................................................. (1)
b. Daya reaktif : Q = V x I x Sin φ ………………………………... (2)
c. Daya semu : S = V x I ……………………………………….... (3)
2.2.2 Faktor daya (Cos φ)
Segitiga daya pada Gambar 1, besarnya faktor daya (cos φ) adalah sebagai
berikut [3] : 22 QP
PI.V
PSP
semuDayanyataDayaCos
............................... (4)
POLBAN
4
S
Q
P
φ
Gambar 1 Segitiga daya
a. Faktor daya leading
Faktor daya leading terjadi jika rangkaian bersifat kapasitif dan kondisi faktor daya
leading dapat dilihat pada Gambar 2.
Vs
Z = R + j XL
VR
IS IR
Vs
Z = R + j XL
VR
IS IR
IC
(a) Sebelum dipasang kapasitor (b) Setelah dipasang kapasitor
IS
φ
VR IS.R
IS .XL
I S.Z
VS
IR
VR
IC
ISI
IS I.XL
I SI .R
IS I.Z
VSI
φ
(c) Sebelum dipasang kapasitor (d) Setelah dipasang kapasitor
Gambar 2 Diagram fasor tegangan dan arus untuk faktor daya leading
b. Faktor daya lagging
Faktor daya lagging terjadi pada rangkaian yang bersifat induktif, dan kondisi faktor
daya lagging dapat dilihat pada Gambar 3.
POLBAN
5
Vs
Z = R + j XL
VR
IS IR
Vs
Z = R + j XL
VR
IS IR
IC
(a) Sebelum dipasang kapasitor (b) Setelah dipasang kapasitor
IS
φ
VS
VR IS .RI S.X
LIS.Z
IC
IR
VR
IC
ISI
VSI
I SI .X
L
IS I.R
ISI .Z
φI
(c) Sebelum dipasang kapasitor (d) Setelah dipasang kapasitor
Gambar 3 Diagram fasor tegangan dan arus untuk faktor daya lagging
2.2.3 Perbaikan faktor daya (Cos φ)
Alasan perbaikan faktor daya adalah untuk mengembalikan faktor daya yang rendah
sehingga mendekati satu.
Gambar 4 Prinsip perbaikan faktor daya
QC = daya reaktif kapasitor yang diperlukan untuk perbaikan faktor daya (VAR)
THD arus (%) 2,8 11,3 10,2 11,2 2,8 7,8 6,8 7,9 Keterangan tabel : A : tanpa alat penghemat energi listrik B : dengan alat penghemat energi listrik Save Trick C : dengan alat penghemat energi listrik Digital Saver D : dengan alat penghemat energi listrik Home Electric Saver
Gambar 12 Hasil pengukuran arus dengan beban lampu pijar 75 Watt
POLBAN
15
Dari hasil pengukuran dengan beban lampu pijar seperti pada gambar 12, setelah
dipasang alat penghemat energi listrik nilai arus yang mengalir ke beban lampu pijar
tetap, tetapi arus yang disuplai dari PLN lebih besar dibandingkan sebelum dipasang
alat penghemat energi listrik, hal ini dikarenakan pemasangan alat penghemat energi
listrik pada beban resistif mengakibatkan faktor daya menjadi leading. Pemasangan
alat penghemat energi listrik pada beban resistif (lampu pijar) mengakibatkan naiknya
arus yang disuplai dari PLN sehingga bisa menyebabkan kenaikan suhu penghantar.
Pemasangan alat tersebut juga mengakibatkan naiknya THD tegangan dan THD arus,
yang berati bahwa alat penghemat energi listrik menghasilkan harmonisa.
Besarnya daya aktif sebelum dan sesudah pemasangan alat penghemat energi listrik
tidak ada perubahan (nilainya tetap), ini berati tidak ada penurunan daya listrik (watt)
setelah pemasangan alat tersebut.
Dari tabel 4, nilai daya reaktif (VAR) setelah pemasangan alat penghemat
energi listrik jauh lebih besar dibandingkan sebelum dipasang alat tersebut, hal ini
karena alat penghemat energi listrik merupakan beban yang bersifat kapasitif.
Berdasarkan hasil pengukuran tersebut dapat diketahui bahwa alat penghemat listrik
tidak efektif dan bisa merugika bila dipasang pada beban yang bersifat resistif atau
pada beban yang mempunyai faktor daya mendekati satu seperti pada beban lampu
pijar. Dari tabel 4 di atas terlihat bahwa setelah dipasang alat penghemat energi
listrik, faktor dayanya menjadi leading. Faktor daya leading bisa menyebabkan
kenaikan arus input (arus yang disuplai dari PLN).
4.3 Pengukuran dengan Beban Lampu TL
Pengukuran dengan beban lampu TL adalah untuk menguji pengaruh alat
penghemat energi listrik pada beban induktif. Dari hasil pengukuran arus pada
gambar 13, setelah dipasang alat penghemat energi listrik, nilai arus yang mengalir ke
beban (lampuTL) tetap, tetapi arus totalnya (arus yang disuplai dari PLN) lebih kecil
dibandingkan sebelum dipasang alat penghemat energi listrik. Pemasangan alat
penghemat energi listrik pada beban induktif (lampu TL) ternyata bisa mengurangi
POLBAN
16
arus total (arus yang disuplai dari PLN). Menurunnya arus total tersebut bisa
memperpanjang usia isolasi kabel karena temperatur pada penghantar turun dengan
menurunnya nilai arus yang mengalir pada penghantar tersebut.
Keterangan gambar : A : tanpa alat penghemat energi listrik B : dengan alat penghemat energi listrik Save Trick C : dengan alat penghemat energi listrik Digital Saver D : dengan alat penghemat energi listrik Home Electric Saver
Gambar 13 Hasil pengukuran arus dengan beban lampu TL 18 Watt
Tabel 5 Hasil pengukuran dengan beban lampu TL 18 Watt
Keterangan tabel : A : tanpa alat penghemat energi listrik B : dengan alat penghemat energi listrik Save Trick C : dengan alat penghemat energi listrik Digital Saver D : dengan alat penghemat energi listrik Home Electric Saver
Pengukuran daya aktif seperti yang diperlihatkan pada tabel 5, besarnya daya
aktif sebelum dan sesudah pemasangan alat penghemat listrik tidak ada perubahan
(nilainya tetap) yang berati bahwa pemakaian alat tersebut pada beban yang bersifat
induktif tidak bisa menghemat pemakaian energi listrik.
Dalam alat penghemat energi listrik hanya birisi sebuah kapasitor, sehingga alat
tersebut berfungsi sebagai perbaikan faktor daya. Prinsip perbaikan faktor daya
seperti diperlihatkan pada tabel 5, hanya bisa memperbaiki faktor daya sehingga
memperkecil daya reaktif seperti diperlihatkan pada tabel 5, sedangkan daya aktif
nilainya tetap. Menurunnya nilai daya reaktif menyebabkan turunnya nilai arus input.
Pengukuran faktor daya seperti yang diperlihatkan pada tabel 5, setelah
dipasang alat penghemat energi listrik nilai faktor daya menjadi naik dan lagging.
Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya bahwa alat penghemat energi listrik hanya
berisi kapasitor oleh karena itu alat tersebut berfungsi untuk memperbaiki faktor
daya. Lampu TL yang bersifat beban induktif dengan faktor daya rendah dan lagging,
faktor dayanya naik setelah dipasang alat penghemat energi listrik.
POLBAN
18
5. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan hasil penelitian alat penghemat energi listrik komersial dengan tiga
merek yang berbeda dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :
1. Pada pengukuran tanpa beban dan tanpa alat penghemat energi listrik nilai
THD arus yang terukur adalah nol, tetapi nilai THD arus setelah dipasang alat
penghemat listrik masing-masing adalah : THD arus pada Save Trick 14,4 %;
THD arus pada Digital saver 16,8 %; THD arus pada Home Electrick Saver
15,4%. THD arus yang dihasilkan masing-masing alat penghemat energi
listrik masih di bawah standard yang direkomendasikan. THD tegangan dari
PLN adalah 2,6 % dan setelah dipasang alat penghemat energi listrik maka
THD tegangan bertambah menjadi : save trick = 2,7 %; digital saver = 3,2 %;
dan home electric saver = 2,9 %. THD tegangan yang dihasilkan oleh ketiga
alat penghemat energi listri masih di bawah standard yang direkomendasikan.
Dari data tersebut dapat disimpulkan bahwa ketiga alat penghemat energi
listrik boleh digunakan karena THD yang dihasilkan masih di bawah standard
yang direkomendasikan.
2. Pada pengukuran dengan beban lampu pijar nilai daya aktif sebelum dan
sesudah pemasangan alat penghemat energi listrik tidak ada perubahan (tetap),
dan faktor daya turun, tetapi nilai daya reaktif dan daya semu bertambah besar
pada saat dipasang alat penghemat energi listrik, sehingga nilai arus
bertambah besar. Dari data-data hasil pengukuran dengan beban lampu pijar
dapat diambil kesimpulan bahwa alat penghemat energi listrik tidak
dianjurkan dipasang pada beban lampu pijar atau beban dengan faktor daya
besar (mendekati satu) karena arus listrik input bertambah besar bila dipasang
alat tersebut. Pemasangan alat tersebut pada beban lampu pijar tidak ada
penghematan pemakaian energi listrik (kWh) karena daya aktif sebelum dan
sesudah dipasang alat tersebut tidak ada perubahan (tetap).
POLBAN
19
3. Hasil pengukuran dengan beban lampu TL nilai arus input turun setelah
dipasang alat penghemat energi listrik. Penurunan arus mencapai 59,5 % pada
saat dibebani 2 buah lampu TL 18 Watt (Save trick dan home electric saver =
59,9 %, dan digital saver = 55,7 %), penurunan arus terendah terjadi saat
dibebani satu buah lampu TL 18 Watt (save trick = 5 %, digital saver = 32,5
%, home electric saver = 2,5 %). Pemasangan alat penghemat energi listrik
pada beban lampu TL tidak menghemat pemakaian energi listrik karena hasil
pengukuran daya aktif sebelum dan sesudah pemasangan alat tersebut nilainya
tidak berubah (tetap).
4. Alat penghemat energi listrik yang dijual secara komersial hanya berisi
sebuah kapasitor, dan dari hasil pengukuran besarnya kapasistansi dalam alat
tersebut : save trick = 9,73 µF; digital saver = 8,11 µF; home electric saver =
9,77 µF, dengan demikian alat tersebut hanya berfungsi sebagai perbaikan
faktor daya, dan tidak bisa mengurangi atau menghemat pemakaian energi
listrik (kWh) karena daya aktif (P) sebelum dan setelah dipasang alat tersebut
nilainya tetap. Karena beban selalu berubah-ubah maka perbaikan faktor daya
yang diberikan oleh alat tersebut tidak optimum.
5. Keuntungan dari pemasangan alat penghemat energi listrik adalah bila
dipasang pada beban induktif maka bisa menurunkan arus yang disuplai dari
PLN sehingga bisa memperpanjang usia isolasi penghantar karena panas pada
penghantar berkurang dan bisa mengoptimalkan pemakaian beban. Kerugian
menggunakan alat penghemat energi listrik adalah menghasilkan harmonisa,
dan bila dipasang pada beban lampu pijar maka sifat beban menjadi leading
sehingga arus yang dipasok dari PLN ke beban bertambah besar.
POLBAN
20
5.2 Saran
Dari hasil penelitian terhadap tiga merek alat penghemat energi listrik komersial,
penulis memberi saran sebagai berikut :
a. Konsumen jangan mudah percaya pada janji yang berlebihan bahwa alat
tersebut bisa menghemat listrik sampai dengan 40 %, karena kenyataannya
tidak ada penghematan energi listrik dengan memasang alat tersebut.
b. Pada saat beban bersifat resistif misalnya hanya lampu pijar yang sedang
dioperasikan, sebaiknya jangan memasang alat penghemat energi listrik
karena arus input (arus yang disuplai dari PLN) bertambah besar dan faktor
daya beban leading. Faktor daya beban leading bisa menyebabkan tegangan
pada sisi beban naik sehingga bisa mebahayakan peralatan pada sistem bila
DAFTAR PUSTAKA [1] Emanuel, A.E., 1997, “True and False Energy-Saving Devices”, IEEE
Transaction on industry applications VOL. 33, NO. 6. [2] Taufik, Hernadi, A., Rudianto, R., and Anwari M., June 17-19, 2007,
“Performance Study of Power Factor Correction Circuits”, Proceedings of the International Conference on Electrical Engineering and Informatics Institut Teknologi Bandung, Indonesia.
[3] Gonen, T., 1986, “Electric Power Distribution System Engineering” McGraw-Hil, New York, USA.
[4] Dugan, R.C., McGranaghan, M.F., Beaty, H.W., 2004, “Electrical Power System Quality”, McGraw-Hil.
[5] Grady, W.M., and Gilleskie, R.J., November 1993, “Harmonics and How They Relate to Power Factor”, Proc. of the EPRI Power Quality Issues & Opportunities Conference (PQA’93), San Diego, CA.
[6] Engineering Standards and Technical Support Department, Juni 1998, “Harmonic Distortion”, PacifiCorp.