Penelitian Efektifitas Penghemat Listrik pada Jaringan Listrik Rumah Tangga
Oleh: Deni Kurniawan NIM: 612006003
Skripsi ini telah diterima dan disahkan sebagai salah satu persyaratan guna mencapai gelar SARJANA TEKNIK dalam Program Studi Teknik Elektro
FAKULTAS TEKNIK ELEKTRONIKA DAN KOMPUTER UNIVERSITAS KRISTEN SATYA WACANA SALATIGA 2012
Penelitian Efektifitas Penghemat Listrik pada Jaringan Listrik Rumah Tangga Oleh: Deni Kurniawan NIM: 612006003
Skripsi ini telah diterima dan disahkan sebagai salah satu persyaratan guna mencapai gelar SARJANA TEKNIK dalam Program Studi Teknik Elektro FAKULTAS TEKNIK ELEKTRONIKA DAN KOMPUTER UNIVERSITAS KRISTEN SATYA WACANA SALATIGA
Disahkan oleh:
Pembimbing I
Ir. F. Dalu Setiaji, MT. Tgl: ...............................
Pembimbing II
Daniel Santoso, M.S. Tgl: ....................................
INTISARI
Dewasa ini, banyak produsen yang menjual alat penghemat listrik. Dari kampanye atau iklan yang mereka sebarkan, mereka mengklaim bahwa produk mereka dapat digunakan untuk menghemat biaya listrik rumah tangga dari 10% hingga 40%. Namun demikian, banyak orang yang meragukan alat penghemat daya tersebut dapat menghemat biaya listrik rumah tangga. Penulis membandingkan empat penghemat daya yang ada dipasaran untuk membuktikan apakah penghemat daya yang berisi kapasitor bank dapat digunakan untuk menghemat biaya kWh meter yang ada dirumah atau ada keuntungan lain yang didapat oleh konsumen rumah tangga. Penelitian ini mencakup pengukuran terhadap arus (A), daya aktif (W), daya reaktif (VAR), daya sesaat (VA), konsumsi kWh meter, faktor daya (cos 𝜑). Beban rumah tangga yang digunakan antara lain, kulkas, pompa air, mixer, blender, TV, dispenser, mesi cuci, komputer dan kipas angin. Umumnya, faktor daya menjadi rendah karena beban yang bersifat induktif. Oleh karena itu untuk memperbaikinya dibutuhkan beban kapasitif. Karena setiap beban membutuhkan nilai kapasitor yang berbeda, penulis merancang kapasitor bank variabel yang dapat dipilih nilainya kapasitornya yaitu, 6µF, 10µF, 16µF ,25µF secara manual. Kapasitor bank atau alat penghemat daya bekerja untuk mengurangi arus pada beban, sedangkan biaya listrik yang dibayar oleh konsumen berdasarkan nilai yang tertera pada kWh meter. KWh meter sebenarnya menghitung daya yang digunakan oleh beban (daya aktif) dan daya yang ada pada kabel penghantar (daya losses). Karena daya losses bernilai sangat kecil, maka penghematan dengan menggunakan kapasitor bank tidak akan signifikan. Akan tetapi, kapasitor bank dapat digunakan untuk menambah efisiensi daya yang didapatkan konsumen dari PLN, sehingga konsumen dapat menggunakan daya yang didapat dari PLN secara maksimal.
i
KATA PENGANTAR
Segala puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus karena begitu besar kasih dan karunia-Nya dalam memberikan segala sesuatu yang sangat berarti bagi penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini sebagai syarat kelulusan dari Fakultas Teknik Elektro dan Sistem Komputer Program Studi Teknik Elektro Universitas Kristen Satya Wacana Salatiga. Semua usaha yang penulis lakukan tentu saja tidak akan berarti tanpa bantuan, dorongan, serta bimbingan dari berbagai pihak. Untuk itu dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih sebesar – besarnya kepada : Tuhan Yesus Kristus atas kasih setia, penyertaan, hikmat, dan kesehatan yang telah dianugerahkan kepada penulis. 1. Papi, Alm. Mami, Koh Adi, Ko Hwa, dan seluruh keluarga yang tiada henti memberikan semangat, dukungan, doa, dan penghiburan kepada penulis. Sehingga penulis terus dapat melangkah maju melalui berbagai cobaan untuk menyelesaikan skripsi ini. 2. Bapak Ir. F. Dalu Setiaji M.T. sebagai pembimbing utama yang telah berkenan menyediakan waktu untuk membimbing, mengarahkan dan memberikan saran serta evaluasi pada penulis dalam menyelesaikan skripsi ini. Penulis meminta maaf jika selama bimbingan terjadi kesalahan yang tidak disengaja. 3. Bapak Daniel Santoso, M.S. sebagai pembimbing II yang telah berkenan menyediakan waktu untuk membimbing, mengarahkan dan memberikan saran
ii
serta evaluasi pada penulis dalam menyelesaikan skripsi ini. Penulis meminta maaf jika selama bimbingan terjadi kesalahan yang tidak disengaja. 4. Para dosen, pegawai dan staff yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan studi. 5. Kekasihku tercinta Septiana Theresiawati yang selalu mendukung, memberi semangat, dukungan, dan doa kepada penulis untuk segera menyelesaikan skripsi ini. 6. Adrian (Ian), Rudy (Om’e), Lukas yang selalu memberi semangat dan ide untuk menyelesaikan skripsi ini. 7. Dede dan Sahat yang selalu memberi semangat dan mengajak bersenang-senang sehingga lupa waktu dan tidak bisa bikin skripsi. 8. Juwita Natasia (Juju) yang memberi ransum berupa roti unyil untuk bekal membuat skripsi 9. Arief, Gilbert, Ronny, Indra, Xin”, Voni, Atin, Pepe, Budi, Yoyo, Bo yang kadang menghambat dengan segala bujuk rayuan untuk bersenang-senang, tetapi selalu memberikan ide dan mengembalikan semangat serta keceriaan penulis. 10. Teman – temanku Elektro UKSW Salatiga seangkatan maupun beda angkatan serta teman-teman dari fakultas lain yang banyak memberi dukungan, semangat, doa dan bantuan kepada penulis dalam menyelesaikan skripsi ini. 11. Semua pihak yang berperan dalam kesuksesan skripsi ini, yang tidak dapat penulis sebutkan namanya satu per satu.
iii
Skripsi ini tentunya masih jauh dari sempurna, oleh karena itu segala kritik dan saran terhadap skripsi ini akan sangat berharga demi pencapaian yang lebih baik di masa mendatang. Akhir kata, penulis berharap semoga skripsi ini bermanfaat bagi pihak yang membutuhkannya.
Salatiga,
Januari 2012 Penulis
Deni Kurniawan
iv
DAFTAR ISI
HALAMAN
INTISARI ………………………………………………………………………….
i
KATA PENGANTAR …………………………………………………………….. ii DAFTAR ISI ………………………………………………………………………. v DAFTAR GAMBAR ……………………………………………………………… x DAFTAR TABEL ……………………………………………………………..… xiv
BAB I. PENDAHULUAN ……………………………………………….……... 1 1.1 Tujuan ……………………………………………………......…...... 1 1.2 Latar Belakang …………………………………………………….…… 1 1.3 Spesifikasi …………………………………………………………….... 3 1.4 Sistematika Penulisan ……………………………………………….….. 4
BAB II. DASAR TEORI ………………………………………………………… 6 2.1 Pengertian Daya ……………………………………………………. 6 2.1.1 Daya Sesaat …………………………………………………. 7 2.1.2 Daya Rata-Rata ……………………………………………... 7 2.1.3 Daya Reaktif ………………………………………………... 9
v
2.2 Segitiga Daya ………………………………………………...……. 10 2.3 Faktor Daya ………………………………………………………... 10 2.4 Sifat-Sifat Beban Listrik …………………………...……………… 13 2.4.1
Beban Resistif …………………………………………...… 13
2.4.2 Beban Induktif ……………………………………………. 14 2.4.3
Beban Kapsitif …………………………………………….. 14
2.5 Kapasitor Bank ……………………………………………………. 15 BAB III. METODE PENELITIAN, SIMULASI, RANCANGAN ALAT …… 24 3.1 Alat-Alat yang Digunakan ………………………………………… 24 3.1.1 Tang Ampere ……………………………………………… 24 3.1.2 Watt Meter ………………………………………………… 25 3.1.3
kWh Meter ……………………………………………….... 26
3.1.4
Watt Meter, VAR Meter, Cos 𝜑 Meter (Combined Meter) . 27
3.1.5
Distorsi Meter ……………………………………………... 28
3.1.6
RCL Meter …………………………………………....…… 30
3.2 Metode Pengukuran ……………………………………………….. 31 3.2.1
Pengukuran Arus (Ampere) ……………………………….. 31
3.2.2
Pengukuran Daya Aktif (Watt) …………………………… 32
3.2.3 Pengukuran Kilo Watt Hour (kWh Meter) …………….….. 34 3.2.4 Pengukuran Combined Meter (Watt, VAR, Cos 𝜑) ………. 34 3.2.5
Pengukuran Auto Distorsion Meter (Distorsi Meter) ……... 35
3.2.6 Pengukuran Menggunakan RCL Meter …………………… 36 3.3 Faktor Ketelitian ………………………………………...………… 37
vi
3.3.1
Tang Ampere ……………………………………………… 38
3.3.2 Watt Meter ………………………………………………… 38 3.3.3
Kilo Watt Hour (kWh Meter) ……………………………… 38
3.3.4
Combined Meter (Watt Meter, VAR Meter, Cos 𝜑) ……… 39
3.4 Simulasi …………………………………………………………… 40 3.4.1 Simulasi Sebelum dan Sesudah Beban Induktif Diberi Kapasitor Bank yang Menyebabkan Peningkatan Arus .….. 40 3.4.2 Simulasi Sebelum dan Sesudah Beban Induktif Diberi Kapasitor Bank yang Menyebabkan Penurunan Arus …….. 42 3.4.3 Simulasi Dua Beban Induktor dan Kapasitor yang Dipasang Pararel ……………………………………………….…….. 44 3.5
Perancangan Alat ………………………………………………….. 47
BAB IV. HASIL PENELITIAN DAN ANALISIS ……………………………... 50 4.1
Hasil Penelitian Besarnya Kapasitor pada Alat Penghemat Daya … 51
4.2
Hasil Penelitian Tegangan, Arus, Daya Aktif, dan Perhitungan Daya Reaktif, Daya Nyata, dan Faktor Daya …………………...……….. 53 4.2.1 Hasil
Penelitian
Tegangan,
Arus,
Daya
Aktif,
dan
Perhitungan Daya Reaktif, Daya Nyata, dan Faktor Daya… 53 4.2.2
Hasil Pengukuran Faktor Daya Setelah dan Sebelum Menggunakan Alat Penghemat Daya ………………….…. 54
4.2.3
Analisis Pengaruh Kapasitor Bank Terhadap Faktor Daya .. 60
vii
4.3
Hasil Penelitian Tegangan, Arus, Daya Aktif, Daya Reaktif, Daya Nyata, Faktor Daya Serta kWh Meter pada Semua Beban Rumah Tangga ……………………………………………………………... 65 4.3.1
Hasil Penelitian Tegangan, Arus, Daya Aktif, Daya Reaktif, Daya Nyata, Faktor Daya pada Semua Beban Rumah Tangga ……………………………………………………………... 66
4.3.2
Analisis Hasil Penelitian Tegangan, Arus, Daya Aktif, Daya Reaktif, Daya Nyata, Faktor Daya pada Semua Beban Rumah Tangga …………………………………………………….. 67
4.3.3
Hasil Penelitian pada kWh Meter Menggunakan kWh Meter Digital pada Semua Beban Rumah Tangga ……………….. 68
4.3.4 4.4
Analisis Pengaruh Kapasitor Bank Terhadap kWh Meter … 68
Hasil Penelitian untuk Beban Rumah Tangga yang Memiliki Faktor Daya Rendah ……………………………………………………… 70 4.4.1
Analisis Hasil Penelitian untuk Beban Rumah Tangga
yang
Memiliki Faktor Daya Rendah ……………………………. 71 4.4.2 4.5
Hasil Penelitian untuk Variabel Kapasitor ………………… 75
Hasil Penelitian Distorsi Sebelum dan Setelah Diberi Beban ……... 82 4.5.1
Analisis Pengaruh Kapasitor Bank pada Harmonisa Jaringan Listrik ………………………………………………...……. 83
BAB V. KESIMPULAN ………………………………………………………….. 86 5.1
Kesimpulan ………………………………………………………... 86
5.2
Saran dan Pengembangan …………………………………………. 88
viii
DAFTAR PUSTAKA ……………………………………………………………... 90 LAMPIRAN A HASIL PENELITIAN …………………………………………..... 91 LAMPIRAN B DOKUMENTASI ALAT DAN PENELITIAN ………………… 102 LAMPIRAN C PANDUAN PEMAKAIAN ALAT ……………………………... 105
ix
DAFTAR GAMBAR HALAMAN
Gambar 2.1.
Segitiga Daya …………………………………………………………………... 10
Gambar 3.1.
Tang Ampere …………………………………………………………………... 24
Gambar 3.2.
Watt Meter ...…………………………………………………………………… 25
Gambar 3.3.
Pemasangan Kabel pada Watt Meter …………………………………….…….. 25
Gambar 3.4.
KWh Meter …………………………….………………………………….…… 26
Gambar 3.5.
Digital Ammeter ……………………………………………………………….. 27
Gambar 3.6.
Combined Meter ……………………………………………………………….. 28
Gambar 3.7.
Wiring Combined Meter ……………………………………………………….. 28
Gambar 3.8.
Automatic Distortion Meter ……………………………………………………. 29
Gambar 3.9.
Pin-pin yang Digunakan pada Distorsi Meter ………………………..………… 29
Gambar 3.10. RCL meter …………………………………………………………………….... 30 Gambar 3.11. Pemasangan Tang Ampere …..…………………………………………….…... 31 Gambar 3.12. Pemasangan Watt Meter ……………………………………………………….. 32 Gambar 3.13. Contoh Hasil Pengukuran pasa Watt Meter ……………………………………. 33
x
Gambar 3.14. Pemasangan Combined Meter …………………………………………………. 34 Gambar 3.15. Contoh Hasil Pengukuran Distorsi Meter ………………………..…………….. 35 Gambar 3.16. Tombol-Tombol yang Digunakan pada RCL Meter ……………...……………. 36 Gambar 3.17. Simulasi Beban Induktif Sebelum dan Sesudah diparalel dengan Kapasitor ….. 40 Gambar 3.18. Grafik Hasil Simulasi Beban Induktif Sebelum dan Sesudah Diparalel dengan Kapasitor ………………………………………………………………………. 41 Gambar 3.19. Simulasi Beban Induktif Sebelum dan Sesudah Diparalel dengan Kapasitor … 42 Gambar 3.20. Grafik Hasil Simulasi Beban Induktif Sebelum dan Sesudah Diparalel dengan Kapasitor ……………………………………………………………………….. 43 Gambar 3.21. Simulasi Beban Induktif Sebelum dan Sesudah Diparalel dengan Kapasitor …. 44 Gambar 3.22. Grafik Hasil Simulasi Beban Induktif Sebelum dan Sesudah Diparalel dengan Kapasitor ……………………………………………………………………….. 45 Gambar 3.23. Rancangan Alat Tampak Depan ……………………………………………….. 47 Gambar 3.24. Rancangan Alat Tampak Belakang …………………………………………….. 48 Gambar 3.25. Rancangan Kapasitor Variabel ………………………………………………… 49 Gambar 4.1.
Alat Penghemat Pertama ……………………………………………………….. 51
Gambar 4.2.
Alat Penghemat Kedua ………………………………………………………… 52
Gambar 4.3.
Alat Penghemat Ketiga ………………………………………………………… 52
xi
Gambar 4.4.
Alat Penghemat Keempat ……………………………………………………… 52
Gambar 4.5.
Grafik Faktor Daya pada Beban Kulkas ……………………………………….. 54
Gambar 4.6.
Grafik Faktor Daya pada Beban Pompa Air ….……………………………….. 54
Gambar 4.7.
Grafik Faktor Daya pada Beban Mixer …………..…………………………….. 55
Gambar 4.8.
Grafik Faktor Daya pada Beban Blender ……...……………………………….. 55
Gambar 4.9.
Grafik Faktor Daya pada Beban TV Flat 29” ………………………………….. 56
Gambar 4.10. Grafik Faktor Daya pada Beban Dispenser Hot & Cool ……………………….. 56 Gambar 4.11. Grafik Faktor Daya pada Beban Dispenser Cool …...………………………….. 57 Gambar 4.12. Grafik Faktor Daya pada Beban Dispenser Hot ……………………………….. 57 Gambar 4.13. Grafik Faktor Daya pada Beban Mesin Cuci (Wash Timer) .………………….. 58 Gambar 4.14. Grafik Faktor Daya pada Beban Mesin Cuci (Spin Timer) ……………...…….. 58 Gambar 4.15. Grafik Faktor Daya pada Beban Komputer ……………………………………. 59 Gambar 4.16. Grafik Faktor Daya pada Beban Kipas Angin ……………………………...….. 59 Gambar 4.17. Hasil Percobaan Pertama untuk Variabel Kapasitor “off” ……………….…….. 76 Gambar 4.18. Hasil Percobaan Pertama untuk Variabel Kapasitor “I” …………………….…. 76 Gambar 4.19. Hasil Percobaan Pertama untuk Variabel Kapasitor “II” …….………………… 76 Gambar 4.20. Hasil Percobaan Pertama untuk Variabel Kapasitor “III” ………………...…… 77
xii
Gambar 4.21. Hasil Percobaan Pertama untuk Variabel Kapasitor “IV” ……...……………… 77 Gambar 4.22. Hasil Percobaan Kedua untuk Variabel Kapasitor “off” …………..…….…….. 78 Gambar 4.23. Hasil Percobaan Kedua untuk Variabel Kapasitor “I” ……………..…….…….. 78 Gambar 4.24. Hasil Percobaan Kedua untuk Variabel Kapasitor “II” …………..…….…..….. 78 Gambar 4.25. Hasil Percobaan Kedua untuk Variabel Kapasitor “III” …………..…….….….. 79 Gambar 4.26. Hasil Percobaan Kedua untuk Variabel Kapasitor “IV” …………..…….….….. 79 Gambar 4.27. Rancangan Akhir Variabel Kapasitor Bank ……………………………………. 81 Gambar 4.28. Hasil Distorsi Meter pada PLN (Sumber Tanpa Beban) ………………………. 82 Gambar 4.29. Hasil Distorsi Meter pada PLN dengan Beban Kulkas …...……………………. 82 Gambar 4.30. Hasil Distorsi Meter pada PLN dengan Beban Kulkas dan Kapasitor Bank …………………………………………………………………………………... 83 Gambar 3.31. Sinusoidal Murni dan Sinusoidal yang Terkena Distorsi ……………………… 83
xiii
DAFTAR TABEL
HALAMAN
Tabel 3.1.
Tabel Pengali Watt Meter……………………………………………..………... 33
Tabel 4.1.
Hasil Pengukuran Alat Penghemat ...……………………………………...…… 51
Tabel 4.2.
Hasil Penelitian untuk Beban Seluruh Rumah Tangga …………….…….…….. 66
Tabel 4.3.
Hasil Penelitian Menggunakan KWh Meter ……….…………………………... 68
Tabel 4.4.
Hasil Penelitian Beban Rumah Tangga yang Memiliki Faktor Daya Rendah ………………………………………………………….……………………….. 70
xiv
