## Analisis Pengaruh Peralatan Laboratorium Terhadap Kualitas Daya Pada Laboratorium Elektroteknika Dasar

## Jamhir Islami
Pranata Laboratorium Pendidikan ( PLP ) Ahli Muda Laboratorium Elektroteknika Dasar Fakakultas Teknik Untan email : anonk_21@yahoo.com
Abstract– Meningkatnya  penggunaan  beban  non-linier pada pada laboratorium dapat menyebabkan munculnya harmonisa  yang  dapat  mengganggu  sistem  distribusi energi  listrik.  Dengan  melakukan  pengukuran  secara langsung  menggunakan  Fluke  43B  Power  Quality Analyzer  pada  beberapa  peralatan  laboratorium,  maka dapat  diketahui  bahwa  harmonisa  dapat  memperburuk kualitas  daya  yang  dapat  meningkatkan  rugi-rugi  pada sistem  distribusi  energi  listrik,  sehingga  terjadinya pemborosan  energi.  Dalam  penelitian  ini  pengukuran dilakukan  pada  beberapa  jenis  peralatan  laboratorium seperti  osiloskop,  komputer,  catu  daya  DC,  dan sebagainya.  Setelah  diteliti,  maka  beban  lampu  hemat energi  (LHE)  dan  komputer  (PC)  merupakan  beban listrik  dengan  kandungan  harmonisa  tertinggi  yaitu sebesar 81,1 % dan 72,2 %. Dengan memperkecil  nilai kandungan arus harmonisa yang disebabkan oleh beban non-linier maka akan menyebabkan nilai THDi menjadi lebih  kecil  sehingga  rugi-rugi  pemakaian  energi  listrik dapat dihindari.
Keywords -  harmonisa, THDi, rugi-rugi

## 1. Pendahuluan
Meningkatnya pertumbuhan ekonomi seiring dengan semakin  banyaknya  peralatan-peralatan  elektronik  yang dimiliki  oleh  suatu  instansi  swasta  maupun  milik pemerintah  dalam  melakukan  kegiatan  sehari-hari seperti  komputer,  printer,  motor-listrik,  catu  daya, maupun lampu-lampu penerangan.
Peralatan  laboratorium  merupakan  jenis  beban  non- linier  yang  dapat  menyebabkan  munculnya  harmonisa yang dapat mengganggu sistem distribusi listrik. Adanya harmonisa  ini  menyebabkan  gelombang  arus  dan tegangan  menjadi  cacat  dan  tidak  sinusoidal  lagi sehingga  akan  berakibat  pada  bertambahnya  rugi-rugi beban,  rugi-rugi  daya,  serta  dapat  menyebabkan pembebanan  lebih  pada  kawat  netral.  Harmonisa  juga merambat  ke  seluruh  jaringan  instalasi,  membuat  kabel lebih  panas,  kemampuan  mesin/motor  listrik  menurun, sambungan kabel dan trafo menjadi lebih panas dan bisa mengakibatkan kebakaran [1].
Oleh  karena  itu  penggunaan  peralatan  laboratorium dapat  menyebabkan  kualitas  daya  listrik  akan  menjadi lebih  buruk  akibat  adanya  harmonisa  yang  timbul  dari peralatan-peralatan  tersebut,  sehingga  pada  akhirnya akan  menyebabkan  kerugian  pada  pemanfaatan  energi
listrik  serta  dapat  menyebabkan  rusaknya  peralatan- peralatan yang digunakan.

## 2. Dasar Teori
Distorsi harmonisa merupakan suatu fenomena yang timbul akibat terdistorsinya gelombang sinusiodal secara periodik akibat adanya beban non-linear.
Beban linear adalah beban yang impedansinya selalu konstan  sehingga  arus  selalu  berbanding  lurus  dengan tegangan  setiap  waktu.  Beberapa  contoh  beban  linear adalah  lampu  pijar,  pemanas,  resistor,  dan  lain-lain. Sedangkan  beban  non  linear  adalah  beban  yang impedansinya  tidak  konstan  dalam  setiap  periode tegangan  masukan,  sehingga  arus  yang  dihasilkan  tidak berbanding  lurus  dengan  tegangan  yang  diberikan. Gelombang  arus  yang  dihasilkan  oleh  beban  non  linear tidak sama dengan bentuk gelombang tegangan sehingga terjadi cacat (distorsi)[2].
Dalam  sistem  tenaga  listrik  yang  ideal,  bentuk gelombang  tegangan  yang  disalurkan  ke  peralatan konsumen  dan  bentuk  gelombang  arus  yang  dihasilkan adalah gelombang sinus murni.
Sebagai  contoh  frekuensi    dasar  dari  sistem kelistrikan  di  Indonesia  adalah  50  Hz,  maka  urutan harmonisa keduanya adalah gelombang dengan frekuensi  100  Hz,  harmonisa  ketiga  dengan  frekuensi 150  Hz  dan  seterusnya.  Gelombang  harmonisa  ini  akan berkombinasi  dengan  gelombang  dasarnya,  sehingga terbentuk gelombang cacat yang merupakan penjumlahan antara gelombang dasar dengan gelombang harmoniknya [3].

## Gambar 1.  Bentuk Gelombang Terdistorsi Harmonisa
Standar  harmonisa  berdasarkan  standar  IEEE  519- 1992  “ Recommended  Practices  and  Requirements  for Harmonic  Control  in  Electrical  Power  Systems ”.Ada dua kriteria yang digunakan untuk mengevaluasi distorsi harmonisa.  Yaitu  batasan  untuk  harmonisa  arus,  dan
batasan  untuk  harmonisa  tegangan.  Untuk  standard harmonisa  arus,  ditentukan  oleh  rasio  I sc /I L .  I sc adalah arus  hubung  singkat  yang  ada  pada  PCC  ( Point  of Common  Coupling ),  sedangkan  I L adalah  arus  beban fundamental  nominal.  Sedangkan  untuk  standard harmonisa  tegangan  ditentukan  oleh  tegangan  sistem yang dipakai [4].
Untuk menentukan THD I ( total harmonic distortion ) arusmenggunakanpersamaan:
1 2 2 I I THD h h I     .....................................(1)
dimana :
THD I = THD ( total harmonic distortion ) arus I h = arus harmonisa ke-h I 1 = arus beban pada frekuensi fundamental

## 3. Perhitungan Daya Pada Beban Non-Sinusiodal [1]
Di  dalam  sistem  tenaga  yang  mengandung  distorsi harmonisa  mempunyai  bentuk  gelombang  yang  non- sinusoidal  dan  mengalami  penjumlahan  frekuensi  dari frekuensi  fundamentalnya.  Persamaan  daya  nyata S untuk  tegangan  dan  arus  sinusoidal  dan  non-sinusoidal dapat dinyatakan sebagai berikut :
rms rms I V
S   ..............................................(2)
dimana :
V rms = nilai tegangan dalam rms I rms =nilaiarusdalamrms
Untuk  beban  sinusoidal,  arus  dan  tegangan  hanya mengandung frekuensi fundamental saja sehingga :
1 2 1 V V rms  dan 1 2 1 I I rms  ..............(3)
dimana V 1 dan I 1 merupakan  amplitudo  gelombang tegangan dan arus.
Untuk  beban  non-sinusoidal  yang  mengandung distorsi harmonisa persamaan (3) menjadi :
2 1 max 2 1          h h h rms V V .............................(4) 2 1 max 2 1          h h h rms I
I ..............................(5)
dimana V h dan I h merupakan  amplitudo  tegangan  dan arus harmonisa ke- h . Daya aktif P dinyatakan pada persamaan berikut :
  T dt t i t v T P
0 ) ( ) ( 1
.....................................(6)
Persamaan  (6)  di  atas  dapat  digunakan  untuk  beban sinusoidal dan non-sinusoidal.
Pada  beban  non-sinusoidal,  perhitungan  daya  aktif harus  mengandung  semua  komponen  harmonisa  yang merupakan penjumlahan daya aktif pada masing-masing
harmonisa.Daya  reaktif Q pada  beban  sinusoidal dinyatakan pada persamaaa (7)
1 1 1 1 sin 2 sin   I V S
Q   ........................(7)
Untuk beban yang mengandung distorsi harmonisa, daya reaktif Q merupakan penjumlahan dari nilai daya reaktif pada masing-masing frekuensi sehingga :
  k k k k I V Q
 sin ....................................(8)

## 4. Hasil dan Pembahasan
4.1. Pengukuran Daya, Cos ϕ , dan THD
untuk mengetahui berapa besar kandungan harmonisa  tegangan  dan  arus  yang  ditimbulkan  oleh peralatan  listrik  pada  laboratorium,  maka  dilakukan pengukuran  pada  bebarapa  jenis  peralatan  seperti  pada tabel berikut :
Tabel 1. Hasil Pengukuran Peralatan Laboratorium
Nama Alat Daya Aktif (W) Daya Nyata (VA) Cos ϕ VTHD (%) ITHD (%) Osiloskop 30 35 0.85 1.9 53.7 Komputer 163 240 0.68 2.2 72.2 UPS 51 76 0.67 2.0 51.6 Catu Daya DC 300 520 0.57 1.9 37.6 Water Dispenser 350 350 1 1.9 9.8 Mesin Bor 120 300 0.41 2.0 3.9 LHE 40W 30 59 0.52 1.7 81.1 Fluoresen 40W 50 80 0.58 2.0 7.0 Pijar 40W 35 35 1 1.6 1.7

## 4.2. Metode Pengukuran
Pengukuran  dilakukan  secara  langsung  pada beberapa  peralatan  laboratorim  dengan  menggunakan alat  ukur  Fluke  43B  Power  Quality  Analyzer  yang dilakukan di laboratorium seperti pada gambar berikut :
Gambar 1. Pengukuran Osilskop
Gambar 2. Pengukuran Komputer (PC)
Gambar 3. Pengukuran UPS
Gambar 4. Pengukuran Catu Daya DC
Gambar 5. Pengukuran Water Dispenser
Gambar 6. Pengukuran Mesin Bor
Gambar 7. Pengukuran LHE 40W
Gambar 9. Pengukuran Lampu Pijar 40W
4.3. Analisis Harmonisa Peralatan Laboratorium Hasil  analisis  terhadap  hasil  pengukuran  peralatan- peralatan  laboratorium  dapat  dijelaskan  seperti  berikut ini.

## a. Peralatan Osiloskop

## Gambar 10. Daya dan Spektrum Harmonisa Osiloskop
Pada  beban  osiloskop  menghasilkan  THDi  sebesar 53,7  %  dan  arus  0,155  A  yang  menghasilkan  spektrum harmonisa  dengan  harmonisa  ketiga  yang  dominan kemudian terus turun untuk harmonisa selanjutnya.

## b. Peralatan Komputer

## Gambar 11. Daya dan Spektrum Harmonisa Komputer
Pada beban komputer yang terdiri atas CPU, monitor dan  UPS  menghasilkan  THDi  sebesar  72,2  %  dengan arus  1,062  A  yang  menghasilkan  spectrum  harmonisa dengan  harmonisa  ketiga  yang dominan  kemudian terus turun untuk harmonisa selanjutnya.

## c. Peralatan UPS

## Gambar12.DayadanSpektrumHarmonisa UPS
Pada beban UPS menghasilkan THDisebesar 51,6 % dengan  arus  0,331  A  yang  menghasilkan  spectrum harmonisa  dengan  harmonisa  ketiga  yang  dominan kemudian terus turun untuk harmonisa selanjutnya.

## d. Peralatan Catu Daya DC

## Gambar13.Daya dan Spektrum Harmonisa Catu Daya  DC
Pada  beban  catu  daya  DC  menghasilkan  THDi sebesar 38,0 % dengan arus 0,199 A yang menghasilkan spectrum  harmonisa  dengan  harmonisa  ketiga  yang dominan  kemudian  terus  turun  untuk  harmonisa selanjutnya.

## e. Peralatan Water Dispenser

## Gambar 14. Daya dan Spektrum Harmonisa Dispenser
Pada  beban  dispenser  menghasilkan  THDi  sebesar 9,8  %  dengan  arus  1,54  A  dimana  beban  ini  termasuk beban  dengan  bentuk  gelombang  arusnya  hampir  tidak mengalami  distorsi  (sinusoidal)  sehingga  hampir  tanpa harmonisa (THDi mendekati nol) dengan faktor daya 1.
f. Peralatan Mesin Bor

## Gambar15. Daya dan Spektrum Harmonisa MesinBor
Pada  beban  mesin  bor  menghasilkan  THDi  sebesar 3,9  %  denganarus  1,32  A  dimana  beban  ini  termasuk beban  dengan  bentuk  gelombang  arusnya  hamper  tidak mengalami  distorsi  (sinusoidal)  sehingga  hamper  tanpa harmonisa (THDi mendekati nol). Beban ini mempunyai faktor daya yang rendah akibat dari beban induktor yang menyebabkan terjadinya pergeseran fasa antara arus dan tegangan.
g. Lampu Hemat Energi (LHE) 40W

## Gambar16. Daya dan Spektrum Harmonisa LHE 40W
Pada  beban  lampu  hemat  energy  menghasilkan THDi  sebesar  81,1  %  dengan  arus    2,54  A  yang menghasilkan  spectrum  harmonisa  dengan  harmonisa ketiga  yang  dominan  kemudian  terus  turun  untuk harmonisa selanjutnya.

## h. Lampu Fluoresen 40W

## Gambar17.Daya dan Spektrum Harmonisa Lampu Fluoresen 40W
Pada  beban  lampu  fluoresen  menghasilkan  THDi sebesar  7,0  %  dengan  arus0,38  A  dimana  beban  ini termasuk  beban  dengan  bentuk  gelombang  arusnya hamper  tidak  mengalami  distorsi  (sinusoidal)  sehingga hamper tanpa harmonisa (THDi  mendekati  nol). Hal ini disebabkan karena lampu fluoresen jenis ini menggunakan ballas konvensional, sehingga hanya akan mengakibatkan  faktor  daya  menjadi  rendah  akibat adanya pergeseran  fasa antara arus dan tegangan  akibat induktor ballas dan bukan karena harmonisa.

## i. Lampu Pijar 40W
Gambar18. Daya dan Spektrum Harmonisa Lampu Pijar 40W Pada beban  lampu pijar menghasilkan THDi sebesar 1,7  %  dengan  arus  0,159  A  dimana  beban  ini mempunyai  bentuk  gelombang  yang  tidak  mengalami distorsi  (sinusoidal)  dengan  factor  daya  1,  sehingga dapat  dianggap  sebagai  beban  tanpa  harmonisa  (THDi sama dengan nol).

## 5. Kesimpulan
Berdasarkan  hasil  dari  penelitian  yang  telah dilakukan  pada  beberapa  jenis  peralatan  laboratorium maka  dapat  diambil  beberapa  kesimpulan  sebagai berikut :
1. Sebagian  besar  peralatan  laboratorium  merupakan beban non-linear dengan sistem SMPS ( switch mode power supply ) seperti osiloskop, komputer, catu daya DC,  dan  beban  sejenisnya  yang  dapat  menimbulkan harmonisa  yang  dapat  memperburuk  kualitas  daya, yaitu  menimbulkan  rugi-rugi  pada  sistem  distribusi energi listrik.
2. Harmonisa  arus  pada  lampu  hemat  energi  (LHE) didominasi  oleh  harmonisa  arus  orde  ke-3  yaitu sebesar  3x50  Hz  =  150  Hz  dengan  arus  harmonisa paling besar yaitu sebesar 81,1%.
3. Dengan  memperkecil  kandungan  arus  harmonisa yang  disebabkan  oleh  beban  non-liner  (  2 h I ) akan  menyebabkan  nilai  THD I menjadi  lebih  kecil sehingga  rugi-rugi  pemakaian  daya  listrik  dapat dikurangi  sehingga  dapat  menghemat  penggunaan energi listrik.

## Referensi
[1] Roger, C.D., McGranaghan, MF., Beaty, H.W., Santoso, S., (2002) : Electrical Power System Quality, Hal : 173 , NewYork, McGraw-Hill.
[2] Diky, I.N., Amien, S., (2015) : Studi Perbandingan Beban Linear dan Non Linear Terhadap Kinerja Generator Sinkron Tiga Phasa, Singuda EnsikomVol. 12 No. 3, DTE FT, Universitas Sumatera Utara (USU).
[3] Irman, (2014) : Penurunan Konsumsi Daya (VA)
Peralatan Listrik Rumah Tangga Dengan Mereduksi Distorsi Harmonisa Menggunakan Single Tuned Filter , Tesis Program Magister Teknik Elektro, Universitas
Tanjungpura, Pontianak.
[4] IEEE Std. 519-1992 (1992) : IEEE Recommended Practices and Requerements for Harmonic Control in Electrical Power Systems, IEEE, New York.
[5] Jos Arrillaga., Watson, N.R., ((2003) : Power System Harmonics, University of Canterbury, Christchurch, New
Zealand.
[6] Syafrudin Masri, (2004) : Analisa Kualitas Daya Sistem Distribusi Tenaga Listrik Perumahan Modern , Jurnal Rekayasa Elektrika Vol. 3 No. 2, Universiti Sains Malaysia.

## Biografi
Jamhir Islami , lahir di Singkawang pada tanggal 21Juni 1972.Gelar S-1 diperoleh dari  Universitas Tanjungpura (Untan)  Pontianak  pada  tahun  2005.  Tahun  2009 menyelesaikan  program  Magister  (S-2)  dalam  bidang Manajemen  Energi  dari  Universitas  Tanjungpura Pontianak.  Sejak  tahun  1996  hingga  sekarang    menjadi pranata laboratorium pendidikan (PLP) pada laboratorium  Elektroteknika  Dasar  Jurusan  Teknik Elektro  Fakultas  Teknik  Untan.    Bidang  keahlian  yang diminati Instalasi Listrik dan Elektronika.