BAB 1 PENDAHULUAN. akan penerangan mencapai 20% dari energi yang ada di dunia dan lampu LED ( Light

Transkripsi

1 BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Perkembangan sistem penerangan terus meningkat disebabkan kebutuhan akan penerangan mencapai 20% dari energi yang ada di dunia lampu LED ( Light Emitting Diode ) dirancang untuk penghematan energi. Lampu ini memiliki watt yang kecil dengan lumen yang besar life time yang lama. Sehingga lampu LED banyak digunakan baik di rumah, perkantoran, pabrik, penerangan jalan dengan tujuan untuk mengefisiensikan energi listrik. Lampu LED cukup larisnya dipasaran teknologi agak mudah didapat pada saat sekarang ini. Sehingga begitu banyak produsen bergabung ke pasar pencahayaan dengan pengetahuan yang terbatas tentang LED apabila digunakan menyebabkan banyak masalah keandalan kualitas. Banyak lampu LED yang gagal dengan degradasi lumen signifikan atau mati di beberapa bulan setelah instalasi karena desain produk LED yang buruk antara lain sebabkan penelitian elektronik panas. Sejumlah besar penelitian juga telah melakukan pada LED agar lampu LED menjadi lampu yang hemat energi dengan merancang membuat LED yang terang dengan watt yang kecil serta rangkaian pengeraknya. Beberapa peneliti lain juga telah meneliti tentang distribusi cahaya kinerja visual lampu LED serta emisi harmonik lampu LED [1]. Oleh karena itu, persyaratan standar seperti pencahayaan, usia lampu, harmonisa pada LED sangat penting agar kualitas lampu LED dipasaran lebih baik. Dalam penggunaannya, lampu LED disuplai oleh AC/DC converter yang 1

2 2 menghubungkan arus DC ke chip LED atau pengaturan cahaya. Lampu LED merupakan beban nonlinier yang menghasilkan arus yang sangat terdistorsi. Meskipun daya lampu LED satu phasa yang ada dipasaran cukup rendah, tetapi bila lampu yang ada dipasaran dibeli oleh konsumen semua mengandung harmonisa maka akan mengakibatkan masalah kualitas daya yang mengganggu kepada konsumen terhubung ke sistem distribusi tenaga listrik. Oleh karena itu pemahaman yang baik tentang harmonik lebih ditingkatkan agar konsumen masyarakat dapat dengan bijak memilih memproduksi lampu LED yang baik. Harmonik didefinisikan sebagai tegangan atau arus sinusoidal yang memiliki frekuensi kelipatan dari frekuensi sistem (fundamental) [2]. Penyimpangan gelombang dari sinusoidal sempurna biasanya dinyatakan dalam distorsi harmonik dari gelombang arus tegangan. Besar distorsi harmonik dari arus tegangan dibutuhkan alat yang yang bisa menganalisisnya. Power analizer adalah alat yang bisa mengukur harmonisa. Peneliti mengukur harmonisa pada lampu LED menggunakan alat ukur Power Q Fluke 435 Power Logic PM5330 schneider electric, yang mana pengukuran ini dilakukan pada lampu 7Watt dengan mengambil sampel 6 (enam) merek yang ada dipasaran dimana pengukuran dilakukan di PLN Wilayah II Sumatera Utara Sekolah Tinggi Teknik Harapan sehingga mendapatkan besar harmonisa yang terbesar pada lampu LED 7Watt dipasaran (THD i ) yang dibangkitkan harmonisa (THD v ). Hasil tersebut lalu dibandingkan dengan standar IEC kelas C yang mengatur batasan harmonisa untuk penerangan.

3 3 Besar harmonisa yang dibangkitkan oleh beberapa merek lampu LED 7 watt dapat dilihat pada Tabel 1.1 sebagai gambaran besar IHD I yang dihasilkan oleh lampu LED 7 watt. Tabel 1.1. IHD I yang dibangkitkan oleh lampu LED 7 watt Merek Lampu - 3(%) 5(%) 7(%) 9(%) 11(%) 13(%) 15(%) THDI (%) A 34,2 9,2 6,4 4,8 4,7 4,5 3,4 37,8 B 90,3 76,1 58,6 42, ,8 C 73 40,6 26,8 25,7 17,9 12,6 13,5 98,5 D 88,5 71,6 52,1 35,9 27,6 25, ,7 E 38,5 12,9 8,5 6,9 6 4,8 5,1 44,3 F 21,7 11,7 8,5 6,3 7,3 2 3,6 30,1 Dari Tabel 1.1 terlihat hasil pengukuran 6 merek lampu LED 7 watt. Dari ke-6 merek lampu LED tersebut, lampu LED B memiliki THDi paling tinggi sebesar 154,8 % sehingga IHDi yang dihasilkan lampu LED B jauh lebih besar dari standart IHDi IEC kelas C. Data yang diperlihatkan lampu LED pada harmonisa orde-3 90,3%, orde-5 76,1%, orde ke-7 58,6%, orde-9 42,1%, orde-11 31%, orde-13 27%, orde-15 26%. Berdasarkan data ini, nantinya akan digunakan dalam menentukan besarnya parameter filter pasif yang diperlukan untuk mereduksi harmonisa lampu LED B sehingga sesuai standart IEC kelas C. Pada Tabel 1.2 berdasarkan hasil pengukuran arus harmonisa lampu LED merek B dibandingkan dengan standart IEC kelas C. Dari tabel tersebut dapat dilihat harmonisa yang terdapat pada lampu LED 7W merek B, hampir semua harmonisa ke 3,5,7,9,11,13, 15 tidak sesuai dengan standar IEC kelas C.

4 4 Tabel. 1.2 Perbandingan arus harmonisa pengukuran lampu LED 7W merek B dengan standar IEC kelas C [1]. Harmonisa ke-n Batasan arus harmonisa Standar IEC Kelas C (5,5W ) Arus Harmonisa LED Hasil Pengukuran (%) ( ma/w) Ampere Ampere ( %) Keterangan ,4 0,0187 0, ,3 Tidak sesuai ,9 0, , ,1 Tidak sesuai ,0055 0, ,6 Tidak sesuai 9 5 0,5 0, , ,1 Tidak sesuai ,35 0, , Tidak sesuai ,296 0, , Tidak sesuai ,256 0, , Tidak sesuai Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui berapa besar IHD yang dihasilkan oleh lampu LED 7 watt yang beredar di pasaran, kemudian akan dilakukan perencanaan filter pasif LC pada lampu LED yang paling besar harmonisanya. Banyak metode yang telah dilakukan oleh peneliti sebelumnya dalam hal meredam harmonisa. Penelitian yang sudah dilakukan sebelumnya berkaitan mengenai filter pasif LC untuk meredam harmonisa seperti Tabel 1.3.

5 5 Tabel 1.3 Penelitian mengenai model filter harmonisa yang telah dilakukan. No Nama 1. Pekik A.Dahono, Purwandi, Qamaruzzam an, IEEE, 1995[5] 2. Maharani Putri, 2013, Tesis Magister Teknik Program Studi Teknik Elektro,USU. [6] 3. Jovanovic',M ilan M.,1997. IEEE Transaction On Industry Applications, Vol.33,No.2 [7] 4. Valentin zhankhotov Juha Pyrhonen, IEEE,2013. [8] Judul Penelitian An LC Design Method for single-phase PWM Inverter Analisis Reduksi Harmonisa Pada Variable Speed Drive menggunakan LC Dengan Beban Motor Induksi Tiga Fasa Merits and Limitations of Full-Bridge Rectifier with LC in Meeting IEC Harmonic- Limit Specification. Passive LC Design Consideration s for Motor Applications Metode Identifikasi Harmonisa Simulasi percobaan Simulasi percobaan. Percobaan. Simulasi Jenis yang Dirancang Pasif LC pasif LC Pasif LC pasif LC Hasil yang Diperoleh Dari hasil percobaan didapat kesesuaian dalam mengurangi harmonisa. LC,mengurangi THDi dari 102,9% menjadi 23,68%. Dari hasil percobaan penyearah jembatan penuh satu fasa dapat termasuk spesifikasi kelas D pada IEC dapat dikurangi menjadi 3,5%. Merancang filter passive LC baru yang disebut Hybrid LC untuk mengurangi noise filter harmonisa yang ditimbulkan oleh inverter yang menggerakkan motor induksi 22kw 400V,. Penelitian ini berhasil mengurangi pulse fasafasa dari 5200 V/ s berkurang 81V/ s noisenya berkurang dari 40dB menjadi 20dB.

6 6 Tabel 1.3 (Sambungan). No Nama 5 W.M Lin, J.A. Villarejo,J. Sebastian, A.Fernandez M.M. Hernando.[9] Judul Penelitian Designing Single-Stage Power Factor Correctors and LC passive filters to Comply with the New Version of the IEC Regulations Metode Identifikasi Harmonisa Percobaan Jenis yang Dirancang Pasif LC Hasil yang Diperoleh Menguji 2(dua) prototipe konverter AC- DC yang termasuk kelas A D.Menggunakan filter LC sehingga dapat mengurandi rugi-rugi efisiensi 6. Yan-Cun Li Chern- Lin Chen,2012. IEEE Transactions On Industrial Electronics, Vol.59,No.2 [10] A Novel Single-Stage High-Power- Factor AC to DC LED Driving Circuit With Leakage Inductance Energy Recycling. Simulasi Percobaan. Pasif LC Dari hasil percobaan dari penyala lampu LED Buck Boost Konverter Flyback didapat, PF 0,99 efisiensi 85%. Dari penelitian-penelitian yang telah dilakukan tersebut dengan berbagai teknologi sehingga menghasilkan nilai yang sangat bervariasi dalam mereduksi harmonisa. Perbedaan penelitian yang sudah dilakukan dengan yang akan dilakukan adalah penggunaan filter pasif LC di sisi input pada lampu LED 7WATT berbagai merek dipasaran lampu LED yang memiliki harmonisa terbesar pada merek B, menggunakan penyala Boost konverter 3 belitan flyback. Sementara penelitian

7 7 yang sudah dilakukan hanya menggunaan filter pasif LC di sisi input pada lampu LED 8Watt dengan penyala Buck-Boost konverter flyback [10]. Pada tesis ini akan dianalisa penggunaan filter pasif LC pada sisi input lampu LED 7watt yang diambil sampelnya 6 merek, yang ada dipasaran untuk mengurangi THDi yang dihasilkan lampu LED di mana analisanya dilakukan dengan membandingkan pemodelaan filter pasif LC menggunakan program simulasi yang menggunakan software MATLAB/Simulink. Setelah mendapatkan hasil yang sesuai dengan standar, lalu dibuat filter pasifnya. Pengujian filter pasif LC di laboratorium Sekolah Tinggi Teknik Harapan Me. Sehingga benar-benar bisa membuktikan bahwa filter pasif LC yang dibuat dapat mereduksi harmonisa ke 3 yang terdapat pada lampu LED 7 W merek B. 1.2 Perumusan Masalah Berdasarkan latar belakang masalah di atas, maka perumusan masalah mengenai peredaman harmonisa menggunakan filter pasif LC, yaitu: 1. Mengetahui besar harmonisa IHD I pada lampu LED 7 W yang ada dipasaran. 2. Bagaimana mendesain filter IHD I pada frekuensi resonansi untuk harmonisa ke tiga?. 3. Bagaimana simulasi filter pasif LC menggunakan Matlab/Simulink sebelum setelah filter pasif LC?.

8 8 4. Bagaimana rancang bangun filter pasif LC untuk harmonisa ke tiga pada lampu LED?. 5. Bagaimana perbandingan IHD I sebelum sesudah penggunaan filter pasif LC tersebut terhadap standar IEC kelas C menggunakan simulink MATLAB maupun pengujian langsung. 1.3 Batasan Masalah Mengingat luasnya Permasalahan mengenai peredaman harmonisa menggunakan filter pasif LC, maka permasalahan ini dibatasi sebagai berikut: 1. Penelitian hanya difokuskan pada masalah peredaman harmonisa THD I pada yang disebabkan lampu LED 7Watt yang terbesar dari 6 sempel yang ada di pasaran dengan menggunakan filter pasif LC. 2. Simulasi MATLAB simulink sebagai pembanding untuk pengujian alat filter pasif LC. 1.4 Tujuan Tujuan penelitian ini adalah mereduksi arus harmonisa yang dihasilkan lampu LED 7 Watt yang paling tinggi THD I menggunakan filter pasif LC. 1.5 Manfaat Penelitian diharapkan dapat bermanfaat untuk:

9 9 1. Mendapatkan kualitas daya listrik yang lebih baik dengan harmonisa yang rendah faktor daya yang tinggi. 2. Mampu mengurangi harmonisa untuk keseluruhan sistem. 3. Dapat membanding hasil filter pasif LC menggunakan pengujian langsung dengan simulasi simulink MATLAB. Dengan demikian diharapkan dimasa yang akan datang pemakaian lampu LED yang ada dipasaran sudah dilengkapi dengan filter yang dapat mengurangi harmonisa Sistematika Penulisan Sistematika penulisan sebagai berikut: Bab 1: Berisikan pendahuluan yang terdiri dari latar belakang, perumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian sistematika penulisan. Bab 2: Berisikan tinjauan pustaka berkaitan dengan lampu LED, rangkaian Drive lampu LED, harmonisa, harmonisa, batasan harmonisa berdasarkan standar IEC , filter harmonisa, filter pasif LC, merancang filter LC. Bab 3: Berisikan metodologi penelitian yang terdiri dari teknik pengukuran yang dilakukan, diagram alir penelitian, data hasil pengukuran, perbandingan klasifikasi arus harmonisa pada lampu LED berdasarkan standar IEC

10 10 2 kelas C, nilai L, C dari filter LC, diagram simulasi MATLAB/Simulink. Bab 4: Berisikan rancang bangun filter pasif LC, hasil pembahasan yang berkaitan dengan harmonisa arus setelah penggunaan filter LC melalui pengujian alat, harmonisa tegangan setelah pemakaian filter LC, perbandingan arus harmonisa sebelum setelah pemakaian LC, perbandingan arus sebelum setelah pemakaian filter LC antara simulink MATLAB pengujian alat filter pasif LC. Bab 5: Berisikan kesimpulan saran.