ANALISIS DISAIN MULTIWARNA TUBULAR LAMP TERHADAP PENGGUNAAN TRANSFORMATOR NEON SIGN (Aplikasi pada Laboratorium Konversi Energi Listrik dan Laboratorium Teknik Tegangan Tinggi FT-USU) Faya Efdika Yasseff, Surya Tarmizi Kasim Konsentrasi Teknik Energi Listrik, Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara (USU) Jl. Almamater, Kampus USU Medan 20155 INDONESIA e-mail: faya.efdika@ymail.com, surya_et@yahoo.co.id ABSTRAK Neon Sign Transformator (NST) adalah salah satu jenis trafo yang dapat mengubah tegangan dari 120-347 V menjadi tegangan tinggi, biasanya berkisar 2 sampai 15 kv dan NST biasanya digunakan untuk lampu hias yang berjenis Tubular Lamp (TL). Tulisan ini menganalisis pengaruh penggunaan transformator neon sign dengan menggunakan disain multiwarna tubular lamp dengan menentukan tegangan primer yaitu 220 volt. Pengoperasian tubular lamp dilakukan dengan gas yang dibantu oleh daya listrik untuk mengeksitasi uap raksa yang terdapat pada lampu itu. Uap raksa yang tereksitasi itu menghasilkan gelombang cahaya ultra ungu yang pada selanjutnya menyebabkan lapisan fosfor berpendar dan menghasilkan cahaya kasat mata. Lampu Neon Sign mampu menghasilkan cahaya secara lebih efisien dari pada lampu pijar. Data hasil pengujian yang didapat adalah arus primer dan tegangan sekunder, dan untuk beban yang dilakukan pada percobaan ini adalah 50 th Elektro Emas 1965 2015. Kata Kunci: Transformator Neon Sign, Konsumsi Daya, Tubular Lamp 1. Pendahuluan Neon adalah suatu unsure kimia yang memiliki lambing Ne dan nomor atom 10. Neon termasuk kelompok gas mulia yang tak berwarna dan lembam (inert) [1]. Neon Sign adalah lampu pajangan yang terbuat dari pipa kaca yang telah diisi dengan gas dan dibentuk dalam bentuk huruf atau disain dekoratif. Saat tegangan tinggi dilewatkan melalui gas, pipa menghasilkan cahaya. Walaupun gas neon adalah gas asli yang digunakan pada neon sign, beberapa jenis gas lain juga digunakan[2]. 2. Karakteristik Transformator Neon Sign Transformator biasanya digunakan untuk menaikkan tegangan (step up) atau menurunkan tegangan (step down) sesuai kebutuhan pada penggunaan aplikasi. Lampu neon sign membutuhkan tegangan tinggi, sehingga transformator step up digunakan untuk menyalakan lampu neon sign.[4] Trafo memiliki kumparan primer yang dihubungkan pada inti sedangkan kumparan sekunder dihubungkan ke beban. Kumparan sekunder menghasilkan tegangan tinggi yang berkisar antara 2-15 kv. Tegangan jala-jala berkisar 120-240 V dan arus keluaran antara 20 ma hingga 60 ma[3]. Gambar 1 merupakan diagram listrik transformator neon sign : Gambar 1 Diagram Listrik Transformator Neon Sign Model transformator neon sign ada 3, yaitu : 1. Indoor Open Core and Coil Inti dan kumparan terbuka tanpa ada penutup yang melindungi[6]. 2. Outdoor-Non-Weatherproof and Self-Enclosed- Non-Watherproof -127- copyright @ DTE FT USU
Transformator neon sign yang dirancang untuk penggunaan di luar ruangan yang dilindungi dan dibuat dari logam. Trafo ini harus dipasang dalam pembatas yang akan melindunginya dari lingkungan luar[6]. 3. Indoor Pendant-and Indoor Frame-Mount Transformes Juga disebut sebagai Hangar ( Beer Sign ) dan Window Frame, unit ini dirancang untuk bisa digantung ke bingkai logam. Unit-unit ini hanya digunakan di dalam ruangan saja[6]. Pada dasarnya prinsip kerja dari sebuah transformator neon sign sama dengan trafo pada umumnya. Sebuah trafo neon berada pada kisaran secondary short circuit current atau arus hubung singkat pada kumparan sekunder[5]. Tegangan rangkaian terbuka (Open Circuit Voltage) muncul di terminal keluaran transformator hanya ada bila tabung neon terhubung ke terminal tersebut. Demikian juga, saat hubung singkat hanya jika kedua terminal tersebut dihubung singkat (dalam hal ini tegangan keluaran sama dengan nol). Namun, ketika beban tabung neon terhubung di terminal yang sama, tegangan keluaran trafo akan jatuh di antara nol dan OCV rated. Bahkan, jika transformator dibebani dengan benar, tegangan yang akan menjadi sekitar setengah OCV[5]. Diperlukan tegangan OCV yang sangat tinggi pada transformator neon sign jika sebuah arus listrik yang mengalir melalui tabung. Jika tegangan keluaran trafo neon diatur secara ketat, maka akan cenderung untuk tidak diperbolehkan penurunan tegangan tabung yang akan memaksa lebih banyak arus yang melalui tabung. Masalahnya adalah tabung akan cepat terbakar. Jadi, sebuah trafo neon dibangun untuk memungkinkan penurunan tegangan tabung tanpa memaksa arus yang berlebihan melewati tabung[5]. Pada Instalasi dan pemasangan lampu neon sign yang kecil dipasang pada kerangka dan dikawati di toko. Neon sign berukuran besar dipasang satu persatu dan diletakkan pada bangunan atau struktur pendukung lainnya dimana neon sign saling dihubungkan dan dikawati. Instalasi yang sangat besar membutuhkan penginstalan berbulan-bulan[8]. Gambar 2 merupakan salah satu contoh instalasi neon sign : Gambar 2 Instalasi Neon Sign 3. Metode Penelitian Perancangan ini akan dilakukan pada Laboratorium Konversi Energi Listrik dan Laboraturium Teknik Tegangan Tinggi Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Sumatera Utara. Waktu yang akan dipergunakan untuk melaksanakan penelitian ini yaitu pukul 15.00 18.00 WIB. Metode pengumpulan data dalam suatu perancangan akan sangat menentukan keberhasilan dari pengumpulan data ini, oleh karena itu perlu direncanakan dengan tepat dalam memilih metode untuk pengumpulan data. Sedangkan metodemetode tersebut adalah sebagai berikut : 1. Metode Dokumentasi Yang dimaksud metode dokumentasi adalah cara memperoleh data melalui hal-hal atau variabel yang berupa catatan, transkrip, buku, surat kabar, majalah dan lain-lain. Adapun dokumentasi yang digunakan adalah data-data yang berhubungan dengan arus, dan tegangan. 2. Metode Observasi Pengumpulan data dengan observasi langsung atau dengan pengamatan langsung adalah cara pengambilan data ke tempat perancangan. Terdapat dua lokasi penelitian yaitu Laboratorium Konversi Energi Listrik dan Laboraturium Teknik Tegangan Tinggi serta mengadakan penelitian mengenai halhal yang perlu dicatat sebagai data. -128- copyright @ DTE FT USU
Langkah-langkah perancangan ini meliputi : 1. Tahap Persiapan Tujuan dari tahap persiapan perancangan adalah untuk mengkoordinasikan agar saat perancangan dapat berjalan dengan lancar. Langkah-langkah yang dilakukan adalah sebagai berikut : a) Mempersiapkan alat dan bahan untuk perancangan, semua alat dan bahan yang akan digunakan harus dipersiapkan terlebih dahulu. b) Mengkondisikan obyek penelitian. Obyek perancangan yang dimaksudkan disini adalah transformator neon sign, lampu neon sign, dan power supply. Adapun langkah mengkondisikan obyek penelitian ini meliputi: 1) Memastikan bahwa transformator neon sign dan lampu neon sign-nya dapat beroperasi. 2) Memeriksa power supply dan Multimeter apakah sudah diatur dengan benar. c) Mengkondisikan alat ukur. Alat ukur sebagai alat pengambil data harus memiliki validitas yang baik. Untuk mendapatkan validitas yang baik alat ukur harus diatur sesuai dengan keadaan seperti skala operasi. 2. Tahap Pengambilan Data Tujuan dari tahap ini untuk memperoleh data penelitian yang meliputi biaya konsumsi dan besarnya daya pemakaian. neon sign tergantung oleh seberapa panjang dan diameter dari tabung neon sign. Jumlah daya yang dikonsumsi oleh transformator neon sign dapat dilihat dari persamaan dibawah ini : P = V x I x Pf Dimana : P : Daya (Watt) V : Tegangan (Volt) I : Arus (Ampere) : Faktor daya P f 2. Biaya Energi Yang Dikonsumsi Oleh Transformator Neon Sign Dalam pemakaian transformator neon sign dapat dihitung besar biaya pemakaiannya. Untuk mengetahui berapa biaya yang diperlukan untuk pemakaian transformator neon sign per harinya dapat dilihat pada persamaan dan tabel dibawah ini[7] : Rp/day= Dimana : V p I p Rp/day Rp/kWh Hrs/day Tabel 1 Tarif Dasar Listrik : Tegangan Primer (Volt) : Arus Primer (Ampere) : Biaya per hari : Harga per kilowatt : Waktu pemakaian per hari (jam) Analisis data merupakan bagian penting dalam penelitian, karena dengan analisis data yang diperoleh mampu memberikan arti dan makna untuk memecahkan masalah dan mengambil kesimpulan penelitian. Dalam penelitian ini teknik analisis data yang digunakan adalah analisis matematis untuk mendapatkan hasil penelitian. Analisis ini adalah mengadakan perhitungan - perhitungan berdasarkan rumus yang berlaku. 1. Konsumsi Energi Listrik Pada Transformator Neon Sign Energi yang dikonsumsi oleh sebuah transfomator neon sign tergantung oleh beban yang dihubungkan pada trafo tersebut. Beban yang dipasang pada transformator neon sign berupa lampu yang biasa dipakai untuk periklanan. Besar energi yang dikonsumsi oleh sebuah transformator Tarif listrik yang digunakan adalah golongan tarif bisnis yaitu sebesar Rp. 1365.52. -129- copyright @ DTE FT USU
Percobaan ini dilakukan di Laboratorium Konversi Energi Listrik dan Laboraturium Teknik Tegangan Tinggi Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Sumatera Utara. Peralatanperalatan yang digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut : 1. Transformator Neon Sign Primer : 110/220 V Sekunder : 15000 V f : 50 Hz VA : 450 A : 4.50 / 2.25 A : 30 ma 2. Ampermeter 3. Cosφmeter 4. Voltmeter 5. Trafo Tegangan Primer : 22000 V Sekunder : 110 V f : 50 Hz VA : 50 6. Beban : Lampu Neon Sign Berbentuk Tulisan 50 th Elektro Emas 1965 2015 4.2 Hasil Perhitungan Tarif Listrik/Jam Tabel 2 Data Hasil Perhitungan Tarif Listrik/Jam. Dari Tabel 2 terlihat biaya tertinggi yaitu sebesar Rp. 456,0837 Rp dan biaya terendah yaitu sebesar Rp. 401,4629. 4.3 Hasil Perhitungan Tarif Listrik/Hari Tabel 3 Data hasil perhitungan tarif listrik/hari 4. Hasil dan Analisis Pengukuran Berikut hasil pengujian dalam bentuk tabel, dapat dilihat pada Gambar 2,3 dan 4. 4.1 Hasil Pengujian Konsumsi Daya Pada Transformator Neon Sign Tabel 1 Data hasil pengujian konsumsi daya transformator neon sign Dari Tabel 3 terlihat biaya tertinggi yaitu sebesar Rp. 10946,0008 dan biaya terendah yaitu sebesar Rp. 9635,1096 4.5 Analisis Data Dari Tabel 1 terlihat daya tertinggi terhadap beban yaitu sebesar 0,334 kwh dan daya terendah terhadap beban yaitu sebesar 0,294 kwh. Setelah dilakukan perhitungan, maka diperoleh hasil perhitungan konsumsi daya transformator neon sign, tarif listrik/jam dan tarif listrik/hari yang ditunjukkan pada Tabel 1,2 dan 3. Berikut hasil pengujian dalam bentuk grafik, dapat dilihat pada Gambar 3,4 dan 5. -130- copyright @ DTE FT USU
5. Kesimpulan Berdasarkan hasil analisis dapat disimpulkan sebagai berikut : Gambar 3 Grafik Hasil Perhitungan Konsumsi Daya Transformator Neon Sign. Pada Gambar 3 terlihat daya terendah dengan panjang 120 cm yaitu sebesar 0,294 kwh dan daya tertinggi dengan panjang 770 cm yaitu sebesar 0,334 kwh. 1. Hasil percobaan yang dilakukan adalah mengetahui daya yang dikonsumsi oleh sebuah transformator neon sign saat beroperasi. Daya yang dikonsumsi untuk beban 50 th Elektro Emas 1965 2015 adalah sebesar 333, 740 W. 2. Untuk beban 50 th Elektro Emas 1965 2015 transformator neon sign mengkonsumsi energi sebesar 0,334 kwh 3. Dengan tarif yang telah ditentukan oleh PLN (Rp/kWh), maka tarif konsumsi untuk beban 50 th Elektro Emas 1965 2015 adalah Rp. 456.08 / jam dan Rp. 10946 / hari. 4. Percobaan yang digunakan dengan tegangan konstan 220 volt dan menggunakan warna yang berbeda beda. 6. Referensi Gambar 4 Grafik Hasil Perhitungan Tarif Listrik/Jam. Pada Gambar 4 terlihat biaya terendah terjadi pada daya 0,294 kwh yaitu sebesar Rp. 401,4269 dan biaya tertinggi terjadi pada daya 0,334 kwh yaitu sebesar Rp. 456,0837. Gambar 5 Grafik Hasil Perhitungan Tarif Listrik/Hari. Pada Gambar 5 terlihat biaya terendah terjadi pada beban Emas yaitu sebesar Rp. 9635,1096 dan biaya tertinggi terjadi pada beban 50 th Elektro Emas 1965-2015 kwh yaitu sebesar Rp. 10946,0088. [1]. Ariawan, Putu Rusdi. 2010. Sifat Dan Manfaat Gas Neon. Paper. Bali : Fakultas Teknik Udayana. [2]. Davs, Paul. How Products Are Made, Volume2. http://www.madehow.com/volume-2/neon- Sign.html,2012 [3]. Dorr, Telford. Determaining Proper Loading for Neon Sign Transformer. http://www.iaci.org/magazine/2000/01/deter mining-proper-loading-for-neon-signtransformer/,2009 [4]. Fembriyanti, Risma. Induksi Elektromagnetik. http://fembrisma.wordpress.com/science/indu ksi-elektromagnetik/ [5]. Peter B. Horsley. 1986. Illustrated Handbook For Designing,Selling & Manufacturing Neon Signs. Calgary, Alberta, Canada : 119-9200 Blackfoot Trail S.E [6]. Sdn, Bhd. Neon Transformer Q & A. http://www.neonlightning.com/articles/neon%20transformer% 20FAQ.html, 2000 [7]. Fetzer, Scott Company. France Power Solution for Lighting. http://www.franceformer.com/productsneon/faq/neonfaq.html [8]. Wikipedia, Neon_Sign Transformer. http://en.wikipedia.org/wiki/neonsign_transformer,2011-131- copyright @ DTE FT USU