Tugas
Mata Kuliah Instalasi Listrik Domestik
PRINSIP
KERJA LAMPU MERKURI & SODIUM
NAMA : MUHAMMAD ANGGI IMADUDDIN
KELAS : 1A
NIM : 151321020
PROGAM
STUDI D3 TEKNIK LISTRIK
JURUSAN
TEKNIK ELEKTRO
POLITEKNIK
NEGERI BANDUNG
2016
BAB
I
Lampu
Merkuri
Cara Kerja Lampu Merkuri :
Prinsip kerja lampu merkuri sama dengan prinsip kerja lampu fluoresen,
yaitu cahaya yang dipancarkan berdasarkan terjadinya loncatan elektron
(peluahan muatan) di dalam tabung.
Sedangkan konstruksinya berbeda dengan lampu fluoresen. Lampu merkuri
terdiri dari dua tabung, yaitu tabung dalam dari gelas kuarsa dan bohlam
luar.
Tabung dalam berisi uap merkuri dan sedikit gas argon. Dua elektroda utama
dibelokkan pada kedua ujung tabung, dan sebuah elektroda pangasut dipasang pada
posisi berdekatan dengan salah satu elektroda utama.
Saat sumber listrik disambung, arus listrik yang mengaliri tidak akan cukup
untuk mencapai terjadinya loncatan muatan diantara kedua elektroda utama.
Namun, ionisasi terjadi diantara salah satu elektroda utama (E1) dengan
elektroda pengasut (Ep) melalui gas argon. Ionisasi gas argon ini akan menyebar
didalam tabung dalam menuju elektroda utama yang lain (E2).
Panas akan timbul akibat pelepasan elektron yang terjadi dalam gas argon,
dan cukup untuk menguapkan merkuri. Hal ini menyebabkan tekanan gas
dalam tabung meningkat tinggi. Arus mula bekerja sekitar 1,5 hingga 1,7 arus
normal. Lampu akan menyala dalam waktu 5 sampai 7 menit. Cahaya awal berwarna
kemerahan dan setelah kerja normal berwarna putih. Jika sumber listrik
diputuskan, maka lampu tidak dapat dinyalakan kembali sampai tekanan di dalam
tabung berkurang.
Untuk dapat menghidupkan kembali lampu merkuri ini, perlu waktu sekitar 5 menit
atau lebih. Bohlam luar dari gelas yang di sisi dalamnya dilapisi dengan bubuk
fluoresen berfungsi sebagai rumah lampu dan untuk menstabilkan suhu disekitar
tabung.
Karena lampu merkuri ini adalah bagian dari lampu tabung, maka untuk
mengoperasikannya harus menggunakan balast sebagai pembatas arus. Biasanya balast
ini berupa reaktor atau transformator, bergantung dari karakteristik lampunya.
Lampu merkuri bekerja pada faktor daya yang rendah, sehingga untuk
meningkatkannya diperlukan kapasitor kompensasi yang dipasang secara paralel.
Ada berbagai macam jenis lampu merkuri yang ada dipasaran. Hanya saja
masing-masing produsen lampu merkuri memberikan nama-nama yang berbeda,
sehingga menyulitkan konsumen untuk mengenal setiap jenis lampu merkurin ini.
Rangkaian dasar untuk mengendalikan lampu merkuri tekanan tinggi adalah
sebagai berikut:
Keterangan :
L : Lampu merkuri
B : Balast
C : kapasitor kompensasi
Jenis-Jenis Lampu Merkuri :
1. Lampu
Merkuri Fluoresent
Lampu
ini termasuk lampu merkuri tekanan rendah. Di dalam tabung berisi merkuri dan
gas argon, sedangkan di bagian dalam dilapisi serbuk fluoresen (fosfor). Fungsi
serbuk fluoresen adalah untuk merubah radiasi ultra violet menjadi cahaya
tampak. Gambar rangkaiannya sama persis seperti lampu tabung fluoresent, yang
membedakan adalah isi gas dari tabungnya. Lampu merkuri fluoresen ini mempunyai
diamater tabung rata-rata 38 mm, sedangkan panjangnya bergantung dari dayanya.
Berikut ini adalah tabel data lampu merkuri fluoresen.
Gambar 2. Lampu
merkuri fluorensent (HPL-N)
Tabel 4. Daya Lampu Merkuri
Fluoresent
Daya Lampu (Watt)
Daya Total (Watt)
Fluks Cahaya (Lumen)
50
61
1.800
80
93
3.300
125
140
5.800
250
268
12.500
400
426
21.250
700
737
38.250
1.000
1.044
54.200
Besarnya daya yang tertera pada lampu tidak sama dengan daya total rangkaian,
disebabkan karena adanya daya yang hilang (menjadi energi panas) pada balast.
Lampu merkuri fluoresen yang mempunyai efikasi 45 sampai 60 lumen/watt biasanya
digunakan untuk penerangan jalan dan industri.
2. Lampu Merkuri
Reflektor
Lampu
merkuri reflektor dirancang hanya untuk penerangan ke bawah bohlam langsung
menjadi reflektornya, dengan cahaya yang diarahkan ke bawah. Perbedaan lampu
merkuri reflektor dengan merkuri fluoresen hanya dalam bentuk konstruksi
bohlamnya saja, sedangkan rangkaian dan penggunaan ballastnya sama. Lampu
ini mempunyai rentang usia antara 12.000 sampai 16.000 jam menyala. Biasanya
digunakan pada penerangan di kawasan industri dengan ketinggian 10 sampai 20 m.
Gambar 3. Lampu
merkuri reflektor (HPL-R)
3. Lampu Merkuri
Blended
Lampu
ini merupakan kombinasi lampu pijar dengan lampu merkuri fluoresen, sehingga
disebut lampu merkuri blended. Filamen tungsten dihubungkan seri dengan salah
satu elektroda utama yang berfungsi untuk membatasi arus saat lampu bekerja.
Dengan demikian lampu merkuri blended ini tidak memerlukan balast lagi di luar
filamen tungsten. Di samping sebagai pembatas arus, juga berfungsi untuk
menghasilkan cahaya dominan infra merah. Sedangkan yang dihasilkan lampu
merkuri fluouresen cahayanya dominan ultra violet.
Filamen ini
akan menyerap sebagian panas yang dihasilkan lampu, sehingga berakibat
mengurangi efikasi lampu dan rentang usia pemakaian. Oleh karena itu efikasinya
hanya antara 12 sampai 25 lumen/watt, sedangkan rentang usianya 4.000 sampai
dengan 6.000 jam menyala.
Penggunaan lampu merkuri blended ini merupakan alternatif pengganti lampu pijar
untuk penerangan industri dan komersil dengan efikasi dan rentang usia
pemakaian yang lebih tinggi, sehingga biaya pemasangan awal yang lebih rendah.
Gambar 4. Lampu
merkuri blended (ML) bohlam bening
Gambar 5. Lampu
merkuri blended (ML) bohlam buram
Gambar 6. Lampu
merkuri blended UV300L
Tabel 5. Daya Lampu
Merkuri Blended
Daya Lampu (Watt)
Daya Total (Watt) Fluks
Cahaya (Lumen)
160
160
2.450
250
250
5.000
450
450
1.250
750
750
21.500
Besarnya daya yang tertera pada lampu sama dengan daya total rangkaian karena
tidak adanya ballast yang dipasang di luar.
4. Lampu Merkuri
Halide (Metal Halide Lamp)
Pada
prinsipnya karakterisitk elektris lampu merkuri halide sama dengan lampu
merkuri fluoresent, tetapi untuk penyalaan awal (saat pengasutan) memerlukan
tegangan yang lebih tinggi. Penambahan tegangan pengasutan ini diperoleh dari
transformator rangkaian pengasut yang menghasilkan transien. Isi gas pada
tabung seperti pada lampu merkuri fluoresent, tetapi ada penambahan logam iodides
(thalium, sodium, scandium, thorium, dan lain-lain), sehingga menghasilkan CRI
(Colour Rendering Index) lampu yang sangat baik.
Di
samping itu, efikasinya lebih tinggi dari lampu merkuri fluoresen yaitu 80
sampai 90 lumen/watt. Oleh karena CRI-nya sangat baik, lampu ini biasa
digunakan untuk penerangan komersial, penerangan ruang pameran, penerangan
lapangan bola, dan sebagainya.
Gambar 7. Lampu metal
halide BT 56
Gambar 8. Lampu metal
halide HQI-BT 400
Gambar 9. Lampu metal
halide HPI-T 2000
Gambar 10. Lampu metal
halide E27
BAB II
Lampu Sodium
Jenis-Jenis
Lampu Sodium :
1. Lampu
Sodium Tekanan Rendah (SOX)
Prinsip
Kerja
Lampu SOX ini termasuk dalam kelompok lampu
tabung (discharge lamp). Oleh karena itu, prinsip kerja lampu ini sama dengan
prinsip kerja lampu tabung lainnya. Yaitu berdasarkan terjadinya pelepasan
elektron (electron discharge) dalam tabung gas (arc tube). Tujuan dibuatnya
lampu sodium tekanan rendah adalah untuk mencapai efficacy yang
setinggi-tingginya, yaitu sampai 200 lm/watt.
Kontruksi
Tabung dalam berbentuk U dan di kedua ujungnya
terpasang elektroda yang biasanya terdiri dari filamen tungsten. Untuk menjaga
dinding tabung dari kerusakan akibat tekanan uap sodium maka tabung gas dibuat
dari gelas ”lime borate” khusus yang tahan terhadap tekanan uap sodium. Ke
dalam tabung gas dimasukkan campuran gas argon dann neon, dan logam murni
sodium. Gas argon dan neon dimaksudkan untuk keperluan penyalaan awal,
sedangkan logam sodium dimaksudkan untuk menghasilkan cahaya kuning.
kontruksi lampu SOX
Cara Kerja
Jika rangkaian lampu dihubungkan terhadap sumber
arus bolak-balik, maka arus akan mengalir melalui ballast dan seterusnya ke
lampu. Pada saat yang sama argon dan neon yang ada dalam tabung gas akan
bekerja untuk menaikkan temperatur dalam tabung gas, dalam tahap ini lampu akan
mengeluarkan cahaya kemerah-merahan. Setelah beberapa menit, panas dalam tabung
gas akan mencapai temperatur tertentu sehingga sodium yang ada dalam tabung gas
akan berubah menjadi uap (vapour). Dengan demikian pelepasan elektron yang
terjadi melalui uap sodium akan menghasilkan cahaya yang sebenarnya, yaitu
cahaya kuning.
Waktu menyala norma lampu SOX
Armatur
Karena karakeristik lampu sodium tekanan rendah sedemikian
rupa, warna cahaya kuning, posisi pemasangan harus horizontal, dan bentuk
tabung yang memanjang, maka praktis lampu ini hanya sesuai untuk penerangan
jalan
Armatur penerangan jalan mempunyai ciri khas
tersendiri, yaitu intensitas cahaya yang dipancarkan ke samping kiri dan kanan
adalah lebih besar daripada ke bawah. Hal inilah yang memungkinkan pemasangan
lampu jalan dapat menempuh jarak yang cukup jauh yaitu 40-60 m.
Setiap armatur dapat berisikan lebih dari satu
lampu tergantung jenis armaturnya. Umumnya, peralatan bantu lampu seperti
ballast, starter atau ignitor, dan kapasitor perbaikan faktor daya ditempatkan
di dalam armatur.
Berikut contoh gambar armatur lampu sodium
tekanan rendah (SOX)
armatur lampu SOX
Alasan
utama untuk penggunaan lampu SOX adalah penghematan enrgi listrik dan jika
colour rendering tidak menjadi masalah. Lampu SOX mempunyai efficacy sampai 200
lm/watt, sedangkan lampu pijar hanya12 lm/watt dan lampu merkuri yang memiliki
efficacy sampai 90 lm/watt. Jadi, lampu ini dapat menghemat energi listrik
daripada lampu lainnya karena memiliki efficacy yang paling tinggi. Kelebihan
lain lampu SOX adalah mempunyai umur yang panjang sampai 12.000 jam, tingkat
kesilauan rendah, ketajaman penglihatan (visual acuity) baik, dan juga dalam
situasi berkabut atau musim hujan cahaya lampu SOX ini akan lebih dapat
menembus dibandingkan cahaya lampu-lampu listrik lainnya. Sehingga pilihan
utama untuk penerangan jalan pada daerah berkabut atau berhujan adalah lampu
sodium tekanan rendah (SOX).
Sedangkan warna objek yang disinari lampu SOX
ini akan berwarna kuning atau hitam, hal inilah yang yang menjadi kekurangan
lampu ini sehingga tidak digunakan untuk penerangan yang memerlukan colour
rendering yang baik.
Berdasarkan kelebihan-kelebihan dan
kekurangannya, maka lampu sodium tekanan rendah sesuai digunakan untuk
penerangan jalan-jalan bebas hambatan, jalan-jalan utama menuju luar kota, dan
sejenisnya yang tidak mengutamakan colour rendering, dan khususnya pada
daerah-daerah yang berkabut dan berhujan.
2. Lampu Sodium Tekanan
Tinggi (SON)
Prinsip
Kerja
Lampu sodium tekanan tinggi sering juga disebut
lampu SON. Prinsip kerjanya sama dengan prinsip kerja lampu sodium tekanan
rendah, yaitu berdasarkan terjadinya pelepasan elektron di dalam tabung lampu.
Sesuai dengan namanya, lampu ini mempunyai tekanan gas di dalam tabung
kira-kira 1/3 atmosper (250mm merkuri), dibandingkan dengan tekanan gas dalam
lampu sodium tekanan rendah yang kira-kira hanya 10-3 mm merkuri. Disamping
itu, temperatur kerja tabung lampu sodium tekanan tinggi juga lebih tinggi.
Kontruksi
kontruksi lampu SON
Lampu
sodium tekanan tinggi terdiri dari dua tabung, yaitu:
i. Tabung Gas (arc tube)
Terbuat dari bahan yang tahan terhadap tekanan
uap sodium yang harus bekerja pada temperatur tinggi, misalnya stellox ke dalam
tabung gas dimasukkan sodium, merkuri yang berfungsi untuk menaikkan tekanan
gas dan tegangan kerja lampu sampai batas tertentu, dan xenon untuk keperluan
gas start.
ii. Bohlam (bulb)
Terbuat dari gelas yang sama sekali terpisah
dari udara luar yang berfungsi untuk mencegah tabung gas terhadap kerusakan
akibat bahan kimia dan juga berfungsi untuk mempertahankan kekonstanan
temperatur tabung gas.
Cara
Kerja
Lampu ini tidak mampu distart dengan tegangan
nominal 220 Volt, maka dibutuhkan tegangan tinggi dan frekuensi tinggi sesaat.
Gas xenon terionisasi untuk memulai terjadinya pelepasan elektron dalam tabung
gas sampai mencapai temperatur kerja yang dibutuhkan. Periode pemanasan ini
dapat berlangsung hingga kira-kira 10 menit karena tekanan uap merkuri-sodium
awalnya sangat rendah sekali yang tidak dapat menjadikan pelepasan elektron
dalam tabung gas. Setelah lampu bekerja normal, merkuri tidak akan tercapai
yang menjadikan merkuri memancarkan cahaya.
Lampu sodium tekanan tinggi mempunyai dua jenis
starter, yaitu starter jenis ”snap” yang bekerja berdasarkan panas yang terdiri
dari bimetal dengan kontak tertutup dan sebuah kumparan pengontrol temperatur
bimetal, dan starter jenis ”solid state” adalah start lampu lebih dapat
dipercaya dan dapat secara langsung, baik penyalaan awal maupun penyalaan
kembali.
waktu menyala normal lampu SON
Armatur
Jenis armatur lampu sodium tekanan tinggi sesuai
dengan jenis penggunaannya, misalnya armatur penerangan jalan, armatur
penerangan industri, armatur penerangan sorot, dll. Untuk penggunan yang sama,
bentuk dan konstruksi armatur lampu sodium tekanan tinggi sama dengan armatur
lampu merkuri. Hal ini dapat terjadi karena bentuk lampu sodium tekanan tinggi
sama dengan bentuk lampu mercury.
i. Armatur
penerangan industri
ii. Armatur penerangan jalan
iii. Armatur penerangan sorot
Penggunaan
Penggunaan lampu sodium tekanan tinggi
didasarkan pada sifat-sifat yang dimilikinya. Lampu ini memiliki efficacy yang
tinggi (90-120 lm/watt), umur yang tinggi (12.000-20.000 jam), tetapi mempunyai
colour rendering yang kurang baik (CRI hanya 26). Oleh karena itu, lampu sodium
tekanan tinggi digunakan untuk penerangan jalan.
Karena colour rendering lampu sodium tekanan
tinggi kurang baik dimana perubahan warna objek yang disinari sangat besar dan
warna cahayanya (colour appearance) putih keemasan (yellowish) yang kurang
memberi keindahan, maka penggunaan lamnpu ini untuk penerangan jalan yang
berpenghuni kurang sesuai. Tetapi sesuai digunakan untuk penerangan jalan bebas
hambatan, jalan utama, jalan menuju luar kota, penerangan “highmast” untuk
jalan besar atau persimpangan jalan bertingkat , dll yang tidak menuntut colour
rendering yang baik.
Jenis
lampu SON
i. Berbentuk elips
ii. Berbentuk tubular
Lampu
SON berbentuk tubular
DAFTAR PUSTAKA
http://listrikonlen.blogspot.co.id/2012/04/prinsip-kerja-lampu-merkuri.html