BAB II

LANDASAN TEORI

2.1. Konsep Besaran Listrik

Terdapat tiga buah besaran listrik dasar yang digunakan di dalam teknik

elektro, yaitu beda potensial atau sering disebut sebagai tegangan listrik, arus

listrik dan daya listrik. Ketiga besaran tersebut merupakan satu kesatuan pokok

pembahasan di dalam masalah – masalah teknik tenaga listrik. Selain ketiga

besaran tersebut, masih terdapat satu faktor penting di dalam pembahasan teknik

listrik, yaitu faktor daya adalah sudut yang dibentuk oleh hubungan pada daya

listrik.

2.1.1. Beda Potensial

Ketika suatu muatan listrik positif mengalami perpindahan sepanjang

lintasan di dalam medan listrik ld E , maka energi potensial elektrostatiknya

adalah :

∫ •−= ldEqW ( 2.1 )

Di mana : = perubahan energi potensial (J) W

= muatan listrik (C) q

E = medan listrik (N/C)

= panjang lintasan (m) ld

6

Beda potensial V sebagai kerja (sumber dari luar) yang digunakan untuk

memindahkan suatu muatan listrik positif dari suatu titik ke titik lain adalah

perubahan energi potensial listrik yang sebanding dengan muatan listriknya :

∫ •−==akhir

awal

dEq

WV l ( 2.2 )

Beda potensial dinyatakan dalam satuan Joule per Coulomb yang didefinisikan

sebagai Volt, sehingga beda potensial sering disebut sebagai voltase atau tegangan

listrik. Beda potensial VAB adalah beda potensial berasal dari luar, yang digunakan

untuk memindahkan satu muatan listrik dari titik awal B sampai titik akhir A,

sehingga :

( 2.3 ) ∫ •−=A

BAB dEV l

( 2.4 ) ABAB VVV −=

Setiap potensial diukur terhadap suatu titik acuan nol. Didalam

pengukuran eksperimental fisis, titik acuan yang sering digunakan adalah “bumi”,

yaitu potensial permukaan bumi. Sehingga setiap titik mempunyai potensial

terhadap titik nol. Potensial A adalah nilai yang diukur dari titik A terhadap titik

acuan nol dan potensial B adalah nilai yang diukur dari titik B terhadap acuan nol.

2.1.2. Arus Listrik

Arus listrik didefinisikan sebagai laju aliran sejumlah muatan listrik yang

melalui suatu luasan penampang melintang. Menurut konvensi, arah arus listrik

7

dianggap searah dengan aliran muatan positif. Arus listrik diukur dalam satuan

Ampere (A), adalah satu Coulomb per detik. Arus listrik dirumuskan :

dtdqI = ( 2.5 )

Di mana : I = arus listrik (A)

= sejumlah muatan (C) dq

= waktu (detik) dt

2.1.3. Daya Listrik dan Faktor Daya

Di dalam konsep fisika, daya yang digunakan untuk kerja didefiniskan

sebagai energi yang digunakan per satuan waktu. Daya kerja diukur dalam satuan

Watt, adalah satu Joule per detik. Daya kerja dirumuskan sebagai :

dtdWP = ( 2.6 )

Di mana : = daya kerja (Watt) P

= perubahan energi (Joule) dW

= waktu (detik) dt

Di dalam konsep teknik tenaga listrik, terdapat tiga buah jenis daya, yaitu

daya nyata atau daya aktif, daya reaktif Q dan daya kompleks atau daya semu

. Perbedaan ketiga daya tersebut disebabkan karena di dalam konsep teknik

tenaga listrik terdapat tiga buah jenis beban yang berbeda, yaitu resistif, induktif

dan kapasitif.

P

S

8

Daya semu atau daya kompleks adalah gabungan dari daya aktif dan

reaktif. Daya kompleks ini merupakan daya listrik yang dijual oleh PLN kepada

pelanggannya. Daya semu diukur dalam satuan VA, merupakan hasil kali

antara tegangan dan arus listrik. Daya semu dirumuskan sebagai :

S

IVS .= ( 2.7 )

Di mana : = daya kompleks (VA) S

V = tegangan (V)

I = arus listrik (A)

Daya nyata atau daya aktif adalah daya yang digunakan untuk kerja,

misalnya digunakan sebagai putaran motor, cahaya dalam lampu penerangan dan

panas. Daya nyata diukur dalam satuan Watt, di rumuskan sebagai : P

ϕϕ coscos VISP == ( 2.8 )

Daya reaktif terdiri dari dua jenis, yaitu daya reaktif yang bersifat induktif

dan daya reaktif yang bersifat kapasitif. Daya reaktif yang bersifat induktif

digunakan untuk membangkitkan medan magnet, yang diserap oleh beban listrik

yang bersifat induktif, misalnya induktor atau gulungan. Daya reaktif yang

bersifat kapasitif digunakan untuk membangkitkan medan listrik, yang diserap

oleh beban bersifat kapasitif misalnya adalah kapasitor. Daya reaktif Q diukur

dalam satuan VAR, dirumuskan sebagai :

ϕϕ sinsin VISQ == ( 2.9 )

9

Hubungan antara ketiga daya di dalam konsep teknik tenaga listrik,

digambarkan dalam bentuk segitiga daya, seperti yang diperlihatkan pada gambar

2.1. berikut ini.

P

QS

ϕ

Gambar 2.1. Segitiga daya

ϕ adalah sudut yang dibentuk antara daya nyata dan daya kompleks. ϕcos adalah

perbandingan antara daya nyata dan daya kompleks, yang dirumuskan sebagai :

SP

=ϕcos ( 2.10 )

ϕcos disebut juga sebagai faktor daya atau ( power factor, pf). Untuk beban yang

bersifat induktif, lagging di mana arusnya tertinggal dari tegangannya. Dan

untuk beban yang bersifat kapasitif, leading di mana arusnya mendahului

tegangannya.

pf

pf

2.2. Teknik Penerangan

Cahaya adalah suatu gejala fisis. Suatu sumber cahaya memancarkan energi,

di mana sebagian dari energi ini diubah menjadi cahaya tampak. Perambatan

cahaya di ruang bebas dilakukan oleh gelombang-gelombang elektromagnetik.

Sehingga cahaya merupakan gejala getaran. Gejala-gejala getaran yang sejenis

dengan cahaya adalah gelombang panas, radio, televisi, radar dan sebagainya.

10

Kecepatan rambat gelombang elektromagnetik di ruang bebas adalah

3.10

v

5 km per detik. Apabila frekuensi dan panjang gelombang nya f λ , maka

berlaku :

fv

=λ ( 2.11 )

Panjang gelombang cahaya tampak berkisar antara 380 – 780 mµ, dibagi atas

beberapa daerah panjang gelombang, seperti yang diperlihatkan pada tabel 2.1.

berikut ini.

Tabel. 2.1. Spektrum Cahaya

No. Panjang Gelombang (mµ) Warna Cahaya

1 380 – 420 Ungu

2 420 – 495 Biru

3 495 – 566 Hijau

4 566 – 589 Kuning

5 589 – 627 Jingga

6 627 – 780 Merah

Gambar 2.2. Grafik kepekaan mata manusia

11

Selain memiliki warna tertentu, setiap panjang gelombang juga memberikan

intensitas tertentu. Mata manusia paling peka terhadap cahaya dengan panjang

gelombang 555 mµ, yaitu cahaya berwarna kuning-hijau. Warna-warna lainnya

tampak kurang terang. Gambar 2.2. di atas memperlihatkan grafik kepekaan mata

manusia.

Apabila intensitas suatu energi radiasi tertentu dengan panjang gelombang

555 mµ, digunakan sebagai acuan untuk mengukur energi 1 W dari suatu sumber

cahaya yang dipancarkan, maka dapat dikatakan bahwa sumber cahaya tersebut

dinilai dengan 1 Watt cahaya. Jumlah watt yang dipancarkan lampu sebagai

energi nampak tidak sama dengan jumlah watt yang dinilai oleh mata. Untuk

mendapatkan jumlah watt cahaya, jumlah watt energi setiap panjang gelombang

harus dikalikan dengan faktor kepekaan mata untuk panjang gelombang tersebut

Gambar 2.3. Grafik energi – panjang gelombang sebuah lampu

2.3. Arus Cahaya

Arus cahaya atau disebut juga fluks cahaya adalah aliran rata-rata energi

cahaya yang dipancarkan setiap detik, yang merupakan jumlah keseluruhan watt

cahaya di mana jumlah tersebut adalah semua hasil kali antara energi setiap

12

panjang gelombang dengan faktor kepekaan mata. Fluks cahaya dinyatakan dalam

satuan lumen (lm). Satu watt cahaya kira-kira sama dengan 680 lumen. Angka

perbandingan 680 ini dinamakan ekivalen pancaran fotometris.

Sebuah lampu 100 watt hanya memancarkan 8 watt saja sebagai cahaya

tampak, sisanya hilang sebagai panas karena konduksi dan radiasi. Dari 8 watt ini

setelah dikalikan dengan faktor kepekaan mata, hanya 2,25 watt cahaya saja. Jadi

fluks cahaya lampu 100 watt tersebut sama dengan 2,25 x 680 = 1530 lumen.

Setiap lampu mempunyai nilai efikesi, yaitu perbandingan besarnya lumen

yang dihasilkan setiap lampu dengan daya nyata lampu, yaitu :

Pefikesi Φ

= ( 2.12 )

Di mana : = fluks cahaya / arus cahaya (lumen) Φ

= daya nyata lampu P

2.4. Intensitas Cahaya

Intensitas cahaya adalah energi radiasi yang dipancarkan oleh lampu sebagai

cahaya ke suatu jurusan tertentu. Intensitas cahaya dinyatakan dalam candela (cd).

Istilah candela berasal dari kata candle yang berarti lilin, merupakan satuan tertua

pada teknik penerangan dan diukur berdasarkan intensitas cahaya standar.

Suatu sumber cahaya ditempatkan di dalam bola dan memancarkan 1 cd ke

setiap jurusan, akan menyebabkan permukaan bola akan mendapatkan penerangan

yang merata. Apabila intensitas cahaya 1 cd melalui sudut ruang 1sr (steradian),

maka akan mengalir arus cahaya 1 lumen, sehingga intensitas cahaya dapat

13

didefinisikan sebagai arus cahaya per satuan sudut ruang yang dipancarkan ke

suatu arah tertentu.

ωΦ

=cI ( 2.13 )

Di mana : = intensitas cahaya (cd) cI

= arus cahaya (lumen) Φ

ω = sudut ruang (steradian, sr)

Apabila suatu sumber cahaya bernetuk titik ditempatkan di pusat bola, di mana

bola dilingkupi oleh sudut ruang sebesar 4π steradian, maka persamaan 2.13

menjadi :

π4

Φ=cI ( 2.14 )

Atau

cIπ4=Φ ( 2.15 )

2.5. Intensitas Penerangan

Intensitas penerangan atau iluminasi di suatu bidang adalah fluks atau arus

cahaya yang jatuh pada bidang seluas 1 m2. Intensitas penerangan diukur dalam

satuan lux (lx), yang besarnya adalah 1 lumen per m2.

AE Φ

=~

( 2.16 )

14

Di mana : ~E = intensitas penerangan (lux)

= fluks cahaya (lumen) Φ

A = luas bidang permukaan (m2)

Apabila suatu sumber cahaya di tempatkan pada pusat bola, maka persamaan 2.15

disubtitusikan ke persamaan 2.16. menjadi :

AI

E cπ4=

~ ( 2.17 )

Karena luas permukaan bola adalah 4πr2 (r adalah jari-jari bola) maka :

244

rI

E c

ππ

=~

( 2.18 )

Umumnya bidang yang diterangi bukanlah permukaan bola, sehingga

persammaan di atas hanya berlaku untuk satu titik tertentu (Titik P) dari bidang

tegak lurus yang diterangi seperti pada gambar 2.2. (S adalah titik sumber

cahaya), sehingga :

2h

IE c

P =~

( 2.19 )

Di mana : = intensitas penerangan di titik P(lux) PE~

= intensitas cahaya (cd) cI

= jarak dari sumber cahaya ke titik penerangan h

pada bidang (m)

15

θ

Gambar 2.4. Posisi sumber cahaya terhadap titik penerangan

Apabila titik Q mempunyai jarak r terhadap sumber cahaya S, seperti yang

diperlihatkan pada gambar 2.4, maka intensitas penerangan di titik Q adalah :

2rI

E cQ =

~ ( 2.20 )

22 lhI

E cQ

+=

~ ( 2.21 )

karena θcosrh = atau θcoshr = ( 2.22 )

maka persamaan 2.20 menjadi :

( )2θcos

~

hI

E cQ = ( 2.23 )

θ22 cos

~

hI

E cQ = ( 2.24 )

θ2cos~~

PQ EE = ( 2.25 )

16

2.6. Luminasi

Luminasi adalah suatu ukuran untuk terang dari suatu benda. Luminasi yang

terlalu besar akan menyilaukan mata, seperti lampu pijar tanpa armatur. Luminasi

L dari suatu sumber cahaya adalah intensitas cahaya dibagi luas semu

permukaan, yaitu :

s

c

AI

L = ( 2.26 )

Di mana : L = luminasi (cd/cm2)

= intensitas cahaya (cd) cI

= luas permukaan semu (cmsA 2)

Luas permukaan semu adalah luas proyeksi sumber cahaya pada suatu

bidang rata tegak lurus pada arah pandang, bukan luas permukaan keseluruhan.

Sebagai contoh, benda berbentuk bola, luas permukaan semunya adalah luas

lingkaran bola.

2.7. Penerangan Jalan Raya

Penerangan jalan umum dibuat untuk mempermudah dan membantu

manusia dalam melihat obyek di jalan pada waktu malam hari atau suasana gelap.

Penerangan jalan umum mempunyai 3 fungsi, yaitu sebagai fungsi keamanan,

fungsi ekonomi dan fungsi estetika. Keamanan pengguna jalan berkaitan dengan

kuat penerangan sesuai dengan kecepatan kendaraan, serta kerataan penerangan

pada bidang jalan. Kebutuhan daya penerangan pada suatu ruas jalan sangat

bervariasi tergantung pada geometri permukaan jalan, lampu yang digunakan dan

faktor refleksi permukaan jalan. Fungsi ekonomi jalan berkaitan dengan distribusi

17

baran erkaitan

n dan kenyamana pengguna jalan.

1.

enerangan didasarkan pada kecepatan maksimal yang

2.

andingan kuat penerangan pada bagian tengah lintasan

pi jalan. Sebagai nilai acuan, perbandingan tersebut

3.

aan tidak

i sebagai filter cahaya.

mbentukan bayangan. Sumber penerangan untuk

5.

ya lampu pelepasan gas tinggi khususnya lampu merkuri

6.

aling sensitif terhadap mata, sehingga tepat digunakan

pada daerah berkabut. Lampu SON atau SOX tepat untuk penerangan jalan

Terdapat lima klasifikasi jalan beserta kuat rata-ratanya, seperti yang

diperlihatkan pada tabel berikut ini.

g serta kelancaran mobilitas pengguna jalan. Fungsi estetika b

dengan keindahan jala

Penerangan jalan mempertimbangkan beberapa aspek, antara lain :

Kuat penerangan

Besarnya kuat p

diizinkan terhadap kendaraan yang melaluinya.

Distribusi cahaya

Kerataan cahaya pada jalan raya sangat penting, di mana faktor kerataan

cahaya adalah perb

kendaraan dengan pada te

tidak lebih dari 3:1

Tingkat kesilauan cahaya

Cahaya yang menyilaukan dapat menyebabkan keletihan mata, peras

nyaman dan kemungkinan kecelakaan. Untuk mengurangi silau digunakan

akrilik atau gelas pada armatur yang berfungs

4. Arah pancaran cahaya dan pe

jalan raya dipasang menyudut 50 hingga 150.

Warna dan perubahan warna

Warna caha

berpengaruh terhadap warna tertentu, misalnya warna merah.

Lingkungan

Lingkungan berkabut maupun berdebu mempunyai faktor absorsi terhadap

cahaya yang dpancarkan oleh lampu. Cahaya kuning kehijauan mempunyai

panjang gelombang p

pada daerah tersebut.

18

Tabel 2.2. Kuat penerangan pada setiap jenis jalan

No Jenis Kua an

Jalan t Penerang

Rata-rata

1 Jalan bebas hambatan atau TOL > 20 Lux

2 Utama, jalan yang menuju atau melingkar 15 – 20 Lux Jalan

kota

3 Jalan penghubung, percabangan jalan utama 7 – 10 Lux

4 Jalan Kampung atau lokal 3 – 5 Lux

5 an Setapak atau gang 3 – 5 Lux Jal

Kehilangan cahaya pada sumber penerangan jalan dipengaruhi oleh dua

1. kemampuan sumber penerangan (lampu dan armatur) karena

2. engotoran maupun

perubahan sifat lastik maupun prismatik penutup armatur.

Tabe n cahaya pad ya

aktu Pema ian (Tahun)

faktor, yaitu :

Penurunan

pemakaian

Pengotoran terhadap armaturnya, dapat disebabkan p

l 2.3. Faktor kehilanga a lampu penerangan jalan ra

W kaKeadaan Lingkungan

1 2 3

Sangat Bersih 0,98 0,94 0,93

Bersih 0,95 0,92 0,90

Sedang 0,92 0,87 0,84

Kotor 0,87 0,81 0,75

Sangat Kotor 0,72 0,63 0,57

19

2.8.

hun 1877

Thoma

listrik digolongkan dalam tiga

yaitu :

elepasan Gas (Discharge Lamp)

. Lampu Electroluminescent.

2.8.1.

bohlam

Lampu Listrik

Di alam semesta terdapat dua buah macam sumber cahaya, yaitu sumber

cahaya alami matahari dan sumber cahaya buatan, salah satunya adalah lampu

listrik. Lampu listrik adalah lampu yang mengeluarkan atau menghasilkan cahaya

apabila disambungkan terhadap sumber tenaga listrik. Lampu listrik mulai

digunakan sekitar tahun 1810, di mana pada saat itu lampu yang digunakan adalah

lampu busur yang menggunakan karbon sebagai elektrodanya. Pada ta

s Alfa Edison menggunakan lampu pijar untuk pertama kalinya.

Di dalam perkembangannya, lampu

kategori berdasarkan prinsip kerjanya,

1. Lampu Pijar (Incandescent Lamp)

2. Lampu Tabung atau Lampu P

3

Lampu Pijar

Lampu pijar atau Incandescent Lamp adalah lampu yang menghasilkan

cahaya akibat memijarnya filamen. Lampu pijar tergolong lampu listrik generasi

awal yang masih digunakan hingga saat ini. Jenis – jenis lampu yang termasuk

lampu pijar adalah lampu pijar dengan filamen tungsten (sering dikenal dengan

), lampu pijar dengan filamen karbon, lampu halogen dan lampu reflektor.

Sejarah lampu pijar dimulai kira-kira tahun 1765, di mana seorang warga

negara Inggris yang bernama Lord Londsdale menyalurkan gas batu bara dari

pabrik batu bara ke kantornya untuk keperluan penerangan. Kemudian Welsbach

20

mengembangkan penerangan dengan prinsip pemijaran dengan menggunakan

mantel sebagai bahannya. Pada tahun 1810 Sir Hamprhrey Davy

mendemonstrasikan busur api karbon dan pemasangan instalasi permanen yang

pertama busur api sebagai lampu listrik. Perkembangan selanjutnya seorang

Inggris bernama Frederik De Moleyns pada tahun 1840 menemukan cara terbaru

membuat lampu yang terdiri dari dua kawat platina yang kedua ujungnya

mengeluarkan cahaya. Pada tahun 1872, seorang Rusia menemukan lampu pijar

menggunakan grafit yang diopersikan dalam suatu globe yang diisi gas netrogen.

Lampu pijar pertama yang dianggap paling berhasil adalah hasil temuan Thomas

Alfa Edison pada tahun 1877 dan lampu tersebut dapat digunakan secara

maksim l.

Gambar 2.5. Konstruksi lampu pijar

a

21

Cahaya yang dikeluarkan oleh lampu pijar berdasarkan prinsip pemijaran,

sehingga lampu ini panas sebagai akibat pemijaran filamen. Ketika terdapat arus

listrik yang mengalir melalui filamen yang mempunyai resistivitas tinggi,

sehingga menyebabkan kerugian tegangan, selanjutnya akan menyebabkan

kerugian daya yang menyebabkan panas pada filamen sehingga filamen akan

berpijar. Bola lampu pijar dibuat hampa udara atau diisi gas mulia. Temperatur

kerja filamen yang berpijar dapat mencapai 25000C hingga 30000C, sehingga

umur lampu pijar ini cukup pendek (hanya kira-kira 1000 jam).

Daya yang didesipasikan (watt) oleh filamen lampu pijar, dipengaruhi

oleh tegangan kerja V (volt) dan resistansi filamen pada kondisi panas

P

R (ohm),

di mana :

RVP

2

= ( 2.27 )

2.8.2. Lampu Tabung

Lampu tabung (Tubelair Lamp, TL) atau lampu pelepasan gas (Discharge

Lamp) adalah lampu listrik yang mengeluarkan cahaya akibat adanya pelepasan

elektron (electron discharge). Berdasarkan jenis gas yang digunakannya, lampu

tabung dibagi menjadi dua, yaitu :

1. Lampu merkuri, yaitu lampu tabung yang menggunakan gas merkuri untuk

pelepasan elektronnya dalam menghasilkan cahaya. Lampu merkuri ini di

golongkan menjadi dua jenis, yaitu lampu merkuri tekanan rendah dan lampu

merkuri tekanan tinggi

22

2. Lampu sodium yaitu lampu tabung yang menggunakan gas sodium (natrium)

untuk pelepasan elektronnya dalam menghasilkan cahaya. Lampu sodium ini

di golongkan menjadi dua jenis, yaitu lampu sodium tekanan rendah dan

lampu sodium tekanan tinggi

Lampu Flouresen adalah lampu tabung merkuri tekanan rendah, karena selain gas

floresen pada tabung lampu tersebut juga dimasukkan gas merkuri dengan tekanan

rendah, sekitar 0,4 Pa.

Berdasarkan cara kerjanya, rangkaian lampu tabung dibedakan menjadi

dua, yaitu rangkaian dengan starter (Switch-start Circuit) dan rangkaian tanpa

stater. Stater lampu tabung terdiri dari bimetal yang diletakkan di dalam tabung

gelas kecil dan diisi dengan gas argon. Dala keadaan tidak bekerja (off) bimetal

stater membuka, karena stater ini berfungsi sebagai tombol Normally Open NO.

Kapasitor C dan resistor R yang ditempatkan dalam tabung luar stater berfungsi

untuk mengurangi interferensi radio. Selain starter, pada lampu tabung juga

dilengkapi ballast, yaitu suatu alat yang berfungsi untuk membatasi arus apabila

lampu sudah menyala normal. Ballast lampu tabung terdiri dari induktor yang

dihubungkan seri dengan salah satu elektroda.

Gambar 2.6. Konstruksi Lampu Tabung

23

Prinsip kerja dari lampu tabung dimulai ketika saklar dalam posisi

terhubung, maka starter akan menerima tegangan kerja penuh yang membuat

bimetal terhubung satu dengan yang lain sebagai hasil dari terjadinya panas dalam

tabung starter sehingga terjadi hubungan tertutup. Sehingga arus mengalir melalui

ballast, elektroda pertama, starter, elektroda kedua dan kembali ke netral. Saat

arus mengalir melalui bimetal, temperatur dalam tabung gelas starter akan turun

seperti semula (dingin) dan bimetal terlepas kembali ke posisi semula, sehingga

akan menjadi hubungan terbuka. Pada saat arus mengalir melalui elektroda, maka

elektroda akan panas dan memijar sehingga gas argon yang ada di dalam tabung

lampu menjadi terionisasi.

Gambar 2.7. Rangkaian lampu tabung

Dengan terlepasnya bimetal, tegangan induktif yang cukup tinggi kira-kira

1000 volt dibangkitkan dalam rangkaian lampu. Tegangan kejut ini mampu untuk

membuat terjadinya pelepasan elektron dalam gas berlangsung secara kontinu,

dari elektroda satu ke elektroda yang lainnya. Panas yang dibangkitkan dalam

tabung akibat terionisasinya gas argon dapat membuat gas merkuri menjadi uap.

Selain itu, tegangan jepit antar elektroda akan turun menjadi 100 atau 110 volt,

24

dan tegangan ini tidak akan cukup untuk membuat starter bekerja. Pelepasan

elektron yang terjadi melalui uap merkuri akan membangkitkan radiasi ultraviolet.

Radiasi ultraviolet ini akan diubah menjadi cahaya nampak oleh lapisan fluoresen.

2.8.3. Lampu Electroluminescent.

Lampu elektroluminescent adalah lampu yang menghasilkan cahaya

karena adanya emisi cahaya hasil dari eksitasi di dalam suatu padatan. Efek

tersebut dapat diperoleh dengan menggunakan medan listrik pada bahan kristalin

yang mempunyai sifat pemendaran khusus dan dapat dikontrol. Hingga saat ini,

hanya terdapat dua sumber cahaya elektroluminescent, yaitu Ligth Emiting Diode

(LED) dan panel elektroluminescent.

LED adalah bahan semikonduktor yang mengeluarkan cahaya ketika arus

listrik melaluinya. Sebagaimana dioda, LED terdiri dari pasangan bahan

semikonduktor P dan N. Bila sumber arus searah diberikan pada LED, maka

lubang (hole) akan mengalir ke arah N dan elektron akan mengalir ke arah P.

Cahaya yang dihasilkan LED bermacam-macam sesuai dengan bahan

semikonduktor yang digunakannya.

Panel elektroluminescent adalah sumber cahaya datar yang cahayanya

merupakan emisi bahan –bahan dielektrik sehingga sumber cahaya ini dapat pula

dikatakan sebagai ligth-emiting capasitor. Dasar pemikirannya,serbuk fluoresen

dapat diaktifkan oleh medan listrik baik yang disebabkan oleh arus searah maupn

arus bolak-balik.

25

2.9. Lampu HPL – N

Lampu HPL – N adalah jenis lampu merkuri fluoresen bertekanan tinggi, di

mana lampu jenis merupakan keluarga lampu tabung. HPL – N adalah nama

produk dari lampu jenis merkuri fluoresen yang dikenal di Eropa. Di Inggris dan

Australia lampu merkuri fluoresen bertekanan tinggi dikenal dengan nama MBF,

di Amerika dikenal dengan nama HX dan DX, sedangkan di Jepang lebih dikenal

dengan nama HF.

Gambar 2.8. Konstruksi Lampu Merkuri Tekanan Tinggi (HPL – N)

Prinsip kerja lampu merkuri sama dengan prinsip kerja lampu tabung

fluoresen, di mana cahaya yang dihasilkan berdasarkan terjadinya lucutan elektron

(electron discharge) di dalam tabung lampu. Konstruksi lampu merkuri berbeda

26

dengan konsruksi lampu fluoresen. Lampu merkuri terdiri dari dua tabung, yaitu

tabung dalam yang disebut Arc Tube dan tabung luar yang disebut bohlam (Bulb).

Tabung dalam diisi merkuri yang berguna untuk menghasilkan radiasi ultraviolet

dan gas argon yang berfungsi untuk keperluan starting. Sedangkan bohlam luar

berfungsi sebagai tabung dn menjaga kestabilan suhu di sekitar tabung.

Lampu merkuri merupakan keluarga lampu tabung, sehingga pada lampu ini

harus dipergunakan ballast untuk membatasi arus listrik. Biasanya ballast lampu

merkuri berupa reaktor autotrafo, tergantung dari karakteristiknya. Lampu

merkuri bekerja pada daya yang rendah. Pada dasarnya, jenis sinar yang

dihasilkan oleh lampu merkuri adalah dominan radiasi ultraviolet yang harus

diubah menjadi cahaya tampak (Visible light) dengan cara melapisi dinding

bagian dalam bohlam dengan serbuk phospor, sama halnya dengan lampu

fluoresen.

Lampu merkuri membutuhkan 5 – 7 menit untuk dapat menyala normal, hal

ini disebabkan tekanan gas di dalam tabung membutuhkan waktu tertentu untuk

memungkinkan terjadinya pengionisasian merkuri untuk menghasilkan radiasi

ultra violet. Apabila lampu dimatikan, kemudian dinyalakan kembali, akan

membutuhkan waktu lebih lama dari pada waktu yang dibutuhkan untuk

penyalakkan norma, yaitu sekitar 5 – 10 menit. Hal ini disebabkan oleh adanya

tekanan tinggi di dalam tabung saat lampu dimatikan, sehingga tidak

memungkinkan untuk starting kembali. Apabila tekan gas sudah turun kembali

dalam waktu tertentu, maka starting mulai dapat berlangsung kembali.

27

Lampu HPL – N atau lampu merkuri bertekanan tinggi fuoresen mempunyai

umur rata-rata 12.000 jam sampai 20.000 jam. Sedangkan fluks cahaya yang

dihasilkan berkisar antara 1.800 lumen sampai 54.200 lumen. Karena colour

renderingnya cukup baik, sehingga lampu ini baik digunakan untuk penerangan

jalan umum dan industri.

2.10. Lampu SON – T

Lampu sodium tekanan tinggi lebih sering disebut lampu SON – T . Prinsip

kerjanya sama dengan lampu sodium tekanan rendah atau SOX – E, yaitu

berdasarkan pelepasan elektron di dalam tabung lampu. Lampu sodium tekanan

tinggi SON maupun sodium tekanan rendah SOX adalah keluarga lampu tabung

atau discharge lamp. Sesuai dengan namanya, lampu ini mempunyai tekanan gas

di dalam tabungnya kira-kira 250 mm Hg, sehingga temperatur kerja tabung

lampu ini juga tinggi.

Gambar 2.9. Konstruksi Lampu Sodium Tekanan Tinggi (SON – T)

28

Lampu sodium tekanan tinggi terdiri dari dua tabung, yaitu tabung gas atau

arc tube, dan tabung luar atau bohlam. Tabung gas terbuat dari bahan yang tahan

terhadap uap sodium yang harus bekerja pada temperatur tingi, misalnya stellox.

Di dalam tabung gas diisikan sodium dan merkuri. Merkuri berfungsi untuk

menaikkan tekanan gas dan tegangan kerja lampu sampai batas tertentu. Selain

sodium dan merkuri, di dalam tabung gas juga dimasukkan gas mulia Neon untuk

keperluan starting. Bohlam luar terbuat dari gelas yang sama sekali terpisah dari

udara luar. Bohlam ini berfungsi untuk mencegah tabung gas dri kerusakan akibat

bahan kimia dan juga berfungsi untuk mempertahankan kestabilan temperatur

tabung gas.

Karena diameter tabung gas terlalu kecil, maka lampu sodium tekanan tinggi

tidak mempunyai elektroda bantu seperti pada lampu merkuri. Untuk keperluan

starting, diperlukan campuran gas argon, xenon serta penambahan perlengkapan

start diluar tabung gas. Lampu sodium tekanan tinggi membutuhkan waktu kira-

kira sampai 10 menit untuk dapat menyala normal. Hal ini disebabkan sodium di

dalam tabung gas membutuhkan pemanasan awal sampai dapat menghasilkan

cahaya yang sebenarnya. Sedangkan untuk penyalaan ulang, lampu sodium

tekanan tinggi akan membutuhkan waktu yang lebih singkat dari pada penyalaan

normal, karena gas dalam tabung masih dalam keadaan panas tinggi saat lampu

dimatikan.

Sekalipun merkuri dimasukkan ke dalam tabung gas pada lampu sodium

tekanan tinggi, hal ini bukan berarti merkuri akan mempengaruhi cahaya ang

dihasilkan lampu. Karena temperatur dalam tabng gas mencapai 3000 K, di mana

29

hanya sodium yang mampu untuk memancarkan cahaya, sedangkan merkuri

membutuhkan temperatur 4000 K. Sehingga cahaya lampu yang dihasilkan

berwarna putih emas dengan panjang gelombang terbentang sepanjang spektrum

cahaya tampak.

Lampu SON – T atau lampu sodium tekanan tinggi mempunyai efisiensi

yang baiksekitar 90 sampai 120 lm/watt serta mempuyai umur 12.000 – 20.000

jam. Lampu ini sesuai untuk penerangan jalan umum, namun lampu ini

mempunyai colour rendering yang rendah, sehingga perubahan warna obyek ang

disinari sangat besar.

2.11. Energi Listrik Yang Diserap Oleh Lampu

Energi adalah daya kerja yang telah digunakan dalam satu satuan waktu,

sehingga :

tPW .= ( 2.28 )

Di mana = Energi (Joule) W

= Daya (Watt) P

t = waktu (detik)

Daya listrik lebih sering menggunakan satuan kWatt dan dalam satuan waktu jam

(hours), sehingga persamaan 2.28 menjadi :

36001000

txPW = kWH ( 2.29 )

kWH ( 2.30 ) PtW 710782 −= .,

Dari persamaan 2.30 didapatkan bahwa energi listrik 1 Joule sama dengan

2,78.10-7 kWH, atau sebaliknya energi listrik 1 kWH sama dengan 3,6.106 Joule.

30

Karena PLN menjual energi listrik kepada konsumen menggunakan daya

kompleks VA, maka energi listrik yang diserap oleh lampu adalah :

( 3.31 ) tSW .=

tpfPW .= ( 3.32 )

Di mana : = daya kompleks (VA) S

t = waktu (detik)

= faktor daya pf

Apabila digunakan satuan kW untuk daya listriknya dan dalam satu satuan waktu

jam, maka energi yang diserap oleh lampu adalah :

xpf

kWW = jam pf

kWH=

kVAW =

( 3.33 )

( 3.34 )

.12. Biaya Penggunaan Lampu

alah energi yang diserap lampu dikalikan

dengan

H

2

Biaya penggunaan lampu ad

tarif energi per kWHnya, maka :

Biaya W= x tarif ( 3.35 )

pfkWH x tarif ( 3.36 ) Biaya =

Biaya kVAH= x tarif ( 3.37 )

31