BAB III PERBAIKAN FAKTOR DAYA DENGAN KAPASITOR BANK III.1
Perbaikan Faktor Daya Macam-macam beban listrik umumnya berupa beban induktif dengan faktor
daya 80% mengikut. Oleh sebab itu macam beban seperti ini yang distribusi arusnya mengikut terhadap tegangannya, seperti yang terlihat pada Gambar III.. !osinus dari sudut yang dibentuk antara arus dan tegangan terima "#t$ dikenal dengan faktor daya "!os $.
Gambar III. 'erbaikan 4aktor daya dengan daya aktif konstan &ila komponen dari arus I yang sephasa dan tidak sephasa dikalikan dengan tegangan terima #t maka didapat hubungan antara daya aktif "'$, daya reaktif "($, dan daya semu ")$ lihat Gambar III.. &ila dipasang kapasitor pada sisi beban, maka komponen daya reaktif dari daya semu akan berkurang. )eperti kita ketahui bah*a harga !os adalah mulai dari 0 sampai dengan . &erarti kondisi terbaik yaitu pada saat harga ' "k+$ makasimum ' "k+$)"k#$/ atau harga !os dan ini disebut uga dengan !os yang terbaik. 1ika faktor daya daya daya pelan pelangga ggan n buruk buruk maka maka kapa kapasi sits tsaa daya daya akti aktiff "k+$ "k+$ yang yang dapat dapat digu digunak nakan an pelanggan akan berkurang. 2apasitas itu akan terus menurun seiring dengan semakin
3
menurunnya menurunnya faktor faktor daya sistem sistem kelistrik kelistrikan an pelanggan. pelanggan. kibat menurunnya menurunnya faktor faktor daya itu maka akan muncul beberapa persoalan sebagai berikut 6 a. Membesarny Membesarnyaa penggunaan penggunaan daya listrik listrik k+h karena rugi-rugi. rugi-rugi. b. Membesarnya penggunaan daya listrik k#r k#r c. Mutu Mutu listrik listrik mena menadi di rendah rendah karena karena atuh atuh teganga tegangan. n. 7ari uraian diatas dapatlah diambil kesimpulan bah*a faktor daya dapat berubah dengan dua cara 6 . 'ada 'ada daya daya akt aktif if teta tetap p 5. 'ada 'ada day dayaa semu semu tet tetap ap III.1.1
'erbaikan 4aktor 7aya 7engan 7aya ktif etap. etap.
'ada gambar diba*ah ini terlihat bah*a daya aktifnya tetap sedang yang berubah ubah adalah daya semunya seperti pada Gambar III.5.
(! ) ( (5
5 '
Gambar III.5 'erbaikan faktor 7aya dengan 7aya ktif etap etap ) adalah daya semu yang disediakan oleh pembangkit tenaga listrik untuk meme memenu nuhi hi kebu kebutu tuha han n daya daya semu semu beban beban list listri rik k disi disisi si pener penerim ima, a, ) terdiri terdiri dari kompone komponen n daya daya aktif aktif ' dengan sudut . dengan dengan tersed tersedian ianya ya daya daya reakti reaktiff yang yang dihasilkan oleh kapasitor bank disisi penerima sebesar (c menyebabkan pembangkit tenaga listrik hanya menyediakan daya reaktif sebesar (5 untuk memenuhi kebutuhan
50
daya reaktif dengan sudut phasa 5 . 7engan kebutuhan daya aktif beban yang disediakan pembangkit tenaga 9istrik hanya menyediakan 7aya )emu )ebesar )5. 7alam usaha memeperbaiki 4aktor daya cos menadi cos 5 , pada daya aktif tetap. lihat Gambar III.5 maka daya semua a*al ) menadi )5 terdapat pengurangan daya semu sebesar 6
)
.............................................................................................":.$
)5
.............................................................................................":.5$
) ") ; )5$ .............................................................................................":.:$ 2eadaan sebelum kapasitor bank dipasang. besarnya daya reaktif yang disediakan pembangkit tenaga listrik 6 ( ' tan ( ) tan ............................................................................................":.<$ 2eterangan 6 ( 7aya reaktif beban pada faktor daya a*al ' 7aya aktif beban pada faktor daya a*al
5
) 7aya semu beban pada faktor daya a*al &esar sudut pada faktor daya a*al 2eadaan ssesudah kapasitor bank dipasang. besarnya daya reaktif yang disediakan pembangkit tenaga listrik 6 (5 '5 tan 5 (5 )5 tan 5 ............................................................................................":.=$ 2eterangan 6 (5 7aya reaktif beban pada faktor daya baru '5 7aya aktif beban pada faktor daya baru )5 7aya semu beban pada faktor daya baru 5 &esar sudut pada faktor daya baru Misalkan bah*a beban daya aktifnya adalah sebesar ' " k+$ , beban daya reaktif ( "k#r$ dan beban daya semunya ) "k#$.
7engan !os
!os
atau
...................................................................................":.>$
55
&ila kapasitor shunt dengan kapasitas (c 2# dipasang pada sisi beban , maka faktor dayanya diperbaiki menadi 6
!os 5
!os 5
.........................................................................":.?$
.........................................................................":.8$
7an bila faktor daya semula kita sebut !os dan diperbaiki menadi !os 5 , maka besar kapasitor (c dapat ditentukan sebagai berikut 6 (c ' @ " an - an 5 $ k#r ................................... ..........................":.3$ 7engan 6 (c &esar kapasitas kapasitor dalam k#r ' 7aya aktif dalam k+ )udut fasa a*al 'enambahan daya reaktif pada perbaikan faktor daya secara praktis dapat digunakan tabel bilangan pengali seperti pada abel :.di ba*ah ini.
5:
abel III. 'erbaikan 4aktor 7aya
Antuk menghitung besarnya arus pada beban digunakan persamaan sebagai berikut
I
III.1.2
................................................................................ ":.0$
'erbaikan 4aktor 7aya 7engan 7aya )emu etap.
'ada keadaan a*al daya semunya adalah ) dengan !os dan keadaan berikutnya )5 lihat gambar :.: . 7alam hal ini, diperoleh keuntungan daya aktif
5<
sebesar OB menadi O4 atau tambahan daya aktif sebesar B4. 2eadaan ini seolah olah menambah pembangkit dengan daya semu sebesar 7. 7an tambahan daya reaktif sebesar 7B dari pembangkit seperti pada Gambar :.:.
7
..........................................................................................":.$ D
I A
2
C
G
Q –
1
Q
1
Q
H B
2
Θ
Q
1
S
1
O
S 2 Θ2
F
B ΔP
P1 P2
Gambar III.: 'erbaikan 4aktor 7aya 7engan 7aya )emu etap
Oleh karena ! B4 dan B4 O4 ; OB ) "!os 5 ; !os $ maka daya semu yang harus dibangkitkan generator adalah 6
7
.................................................................":.5$
5=
7aya reaktif kapasitif "k#r$ yang disuplai oleh kapasitor dalam rangka perbaikan faktor daya adalah 6 CI &7 74 ; &4 &7 O7 )in ; O& )in 5 ...................................................................................................... ":.:$ 2arena O7 O4 D !os dan O4 O& !os 5, Maka 6 O7 adalah penambahan ) akibat E' apabila tidak dipasang 2apasitor .
O7
................................................... ................................. ..":.<$
7ari persamaan diatas didapat 6
&7
...................................... ......":.=$
tau &7 ) "an . !os 5 - )in 5 $ .....................................................":.>$ III.2
Kapasitor
2apasitor terdiri dari dua plat metal yang dipisahkan dengan bahan isolasi dielektrik, bila suatu tegangan listrik dialirkan melalui lempengan konduktor, maka pada setiap lempengan konduktor akan mempunyai muatan yang sama banyaknya tetapi berla*anan polaritasnya dan dapat lepas kembali pada keadaan tertentu. idak ada bagian kapasitor yang bergerak tetapi terdapat gaya yang bekera sebagai fungsi
5>
dari kuat medan listrik. &ahan elektris pemisah dua penghantar biasanya terbuat dari 6 kertas, keramik campuran kertas plastik.
III.5.
4ungsi 2apasitor
'eralatan mesin-mesin produksi di industri adalah merupakan suatu beban induktif "lagging $, yang pada umumnya merupakan menyebabkan cos yang rendah sehingga akan menyerap daya semu yang di suplai. Antuk mengatasi masalah ini maka faktor daya pada industri tersebut harus diperbaiki. Antuk mengurangi keadaan tersebut maka harus dipasang suatu alat yang mensuplai
daya
reaktif-kapasitif
,
sehingga
kerugian
daya akibat adanya
pembentukan medan magnet oleh beban induktif dapat dikurangi semaksimal mungkin. Antuk itu digunakan kapasitor sebagai alat untuk mensuplai daya reaktif tersebut dalam industri dikenal dengan nama ban k kapasitor. 7engan dipasangnya bank kapasitor maka cos akan meningkat , sehingga besar daya semu yang terpakai akan berkurang dan arus menurun. Cal ini akan mengakibatkan kabel-kabel penghantar akan berkurang panasnya maka besar tegangan akan stabil. 'ersamaan untuk menentukan besar kapasitansi kapasitor yang akan digunakan adalah sebagai berikut 6
(c : @ # @ Ic : @
................................................... ......................":.?$
5?
7engan 6
Fc
..................................................................................................":.8$
Maka 6
!
................................................ ................................. .":.3$
7engan 6 ! 2apasitasitansi 2apasitor dalam mikro 4arad "4$ 4 4rekuensi 1ala-1ala "CH$ # egangan 'hasa "#olt$ (! 7aya reaktif yang dibutuhkan " k#r$ III.
Kapasitor Bank
2apasitor &ank adalah rangkaian yang terdiri dari beberapa unit kapasitor yang berfungsi untuk meningkatkan faktor daya D power factor (PF), dimana akan mempengaruhi besarnya arus "mpere$. 1ika beban listrik banyak mengandung reaktansi " reactance) seperti beban motor listrik , ballast lampu, faktor daya akan kurang dari 0,8=. Maka untuk memperbaiki faktor daya yang kurang dari 0,8= tadi karena tidak sesuai dengan peraturan yang ditetapkan '9 " J 0,8=$ harus dipasang kapasitor bank untuk memperbaiki faktor daya sehingga diatas dari batas ketentuan yang di tetapkan '9 diatas dari 0,8=. III.!
Topo"o#i Pe$asan#an Kapasitor Bank
58
'emasangan kapasitor bank dalam mensuplai daya reaktif ke beban mempunyai dua macam bentuk topologi. dapun topologi pemasangan tersebut adalah hubungan bintang dan delta. 7engan kedua topologi tersebut akan mempengaruhi besar daya reaktif yang dihasilkan. 7engan kata lain untuk besar reaktansi kapasitif yang sama pada topologi bintang atau topologi delta akan mengahasilkan daya reaktif yang berbeda. Antuk lebih elas mengenai kedua macam topologi tersebut, dapat diperelas dengan bantuan Gambar III.< berikut ini 6
Gambar III.< opologi bintang dan delta pada pemasangan kapasitor 53
2edua topologi tersebut, yaitu hubungan delta mempunyai tegangan antar phasa dan tegangan phasa yang sama besarnya. )edangkan untuk hubungan bintang tegangan antar phasanya lebih besar dibandingkan tegangan phasanya. 7engan demikian akan timbul perbedaan daya reaktif yang dihasilkan antara topologi bintang dan delta. III.5. opologi &intang egangan phasa antar kapasitor 6 # p
.............................................................................................":.50$
2eterangan 6 # p egangan 'hasa #9 egangan antar 'hasa rus yang mengalir pada setiap 2apasitor 6 Ic
......................................................................................":.5$
2eterangan 6 Ic rus yang mengalir pada setiap kapasitor Fc Keaktansi kapasitif 7aya reaktif kapasitif setiap phasa 6
Ic
( p
( p
......................................................................................":.55$
daya reaktif kapasitif tiga phasa 6 (k : . ( p (k
..........................................................................................":.5:$
:0
2eterangan 6 (k 7aya reaktif kapasitif setiap phasa ( p 7aya reaktif tiga phasa. III.5.5 opologi 7elta. egangan phasa setiap 2apasitor 6 # p #9 ...............................................................................................":.5<$ 2eterangan 6 # p egangan phasa #9 egangan antar phasa rus yang mengalir pada setiap kapasitor 6 Ic
................................................ .................................. ..........":.5=$
2eterangan 6 Ic rus yang mengalir pada setiap kapasitor Fc Keaktansi kapasitif. 7aya reaktif kapasitif setiap phasa 6 ( p #9 . I! #9 .
.....................................................................................":.5>$
7aya reaktif kapasitif tiga phasa 6 (k : . ( p (k : .
....................................................................................":.5?$
2eterangan 6 (k daya reaktif kapsitif setiap phasa ( p daya reaktif setiap 'hasa
Mengacu pada 'ersamaan ":.?$ dan 'ersamaan ":.5$ bah*a untuk tegangan antar phasa yang sama dan besar kapasitor dalam farad yang sama akan menghasilkan daya rekatif yang berbeda. &esar daya reaktif yang dihasilkan kapasitor
:
bank dengan topologi delta lebih besar tiga kali lipat dibandingkan dengan topologi bintang. 7aya reaktif yang dihasilkan kapasitor berbanding lurus dengan besar kuadrat tegangan antar phasa pada bus penerima, sehingga bila tegangan pada bus penerima menurun dengan kebutuhan daya reaktif beban yang besar maka daya reaktif yang dihasilkan oleh kapasitor uga akan kecil. 7engan demikian bila diinginkan tegangan pada bus penerima sebesar yang telah ditentukan maka pemasangan kapasitor harus dalam umlah yang besar. )elain itu arus yang timbul pada elemen kapasitor sangat besar karena berbanding lurus dengan tegangan antar phasa pada bus penerima. III.%
Kon&i#'rasi pene$patan kapasitor bank
'ada dasarnya terdapat tiga buah letak pemasangan kapasitor bank sebagai kompensator penghasil daya reaktif untuk menaikan faktor daya sistem tenaga listri, yaitu sebagai berikut 6 a. erpusat pada panel utama b. 'ada kelompok beban c. )etiap beban &erikut adalah uraian penelasan masing-masing konfigurasi penempatan kapasitor bank. III.=. 2onfigurasi terpusat
:5
2onfigurasi ini banyak digunakan dimana pemasangan kapsitor bank secara paralel untuk memperbaiki faktor daya sistem terletak pada panel utama. dapun konfigurasi terpusat dikondisikan untuk menyediakan kebutuhan daya reaktif beban pada sistem tenaga listrik dengan syarat-syarat sebagai berikut 6 a. &anyak terdapat beban kecil 'emasngan kapsitor bank yang terletak pada panel utama untuk menyediakan daya reaktif beban yang besar membutuhkan umlah kapasitor yang banyak. 2arena itu konfigurasi enis ini cocok untuk beban-beban yang membutuhkan daya reaktif yang kecil. b. erdapat seumlah enis beban. 7engan umlah beban listrik yang banyak dan berLariasi maka ika setiap
enis
beban
dipasang
kapasitor
bank
mengakibatkan
banyaknya kapasitor bank yang harus dipasang. kan lebih mudah ika kebutuhan daya reaktif beban-beban listrik tersebut disediakan oleh kapasitor bank yang terletak pada panel utama yang terpusat. c. 'emakaian daya oleh beban untuk periode *aktu yang berLariasi &ila kebutuhan daya beban berLariasi maka pemasangan kapasitor bank disesuaikan dengan kebutuhan daya reaktif maksimum. 2euntungan dari konfigurasi terpusat adalah 6 a. 2apasitor bank dan unit-unit pendukungnya mudah diperiksa karena letaknya tidak terpisah-pisah. b. Instalasi dan penambahan kapasitas relatiLe lebih ringkas. 2ekurangan dari konfigurasi terpusat adalah 6
::
a. Membutuhkan
ruangan
pada
panel
yang cukup
luas
untuk
pemasangan konfigurasi terpusat. dapun konfigurasi enis ini terdapat pada Gambar III.= &erikut ini
Gambar III.= 'emasangan 2apasitor &ank 7engan 2onfigurasi erpusat
III.=.5 2onfigurasi 2elompok &eban 'ada konfigurasi enis ini kapasitor bank menyediakan kebutuhan daya reaktif untuk sekelompok beban yang sama. 'ada konfigurasi enis ini , kapasitor bank menyediakan kebutuhan daya reaktif beban yang relatiLe besar dan dengan periode pemakaia beban listrik yang sedikit berLariasi. 2euntungan konfigurasi enis ini adalah6 a. mudah diperiksa karena letaknya tidak terpisah .
:<
b. biaya pemeliharaan rendah 2erugian 2onfigurasi 1enis ini adalah 6 a. bila kapasitor bank enis ini mengalami kerusakan maka kebutuhan daya reaktif beban sepenuhnya disediakan oleh pembangkit tenaga listrik. b. 'erlu dipasang kapasitor bank pada setiap sub distribution panel ")7'$ atau pada M#D9# " medium voltage / low voltage$ bus. Cal tersebut akan memperkecil faktor daya sistem tenaga listrik yang berakibat akan memperbesar atuh tegangan , rugi-rugi daya aktif, dan rugi-rugi daya aktif , dan rugi-rugi energi listrik berupa panas pada saluran penghantar.dapun konfigurasi enis ini dapat lihat pada Gambar III.> sebagai berikut 6
:=
Gambar III.> 'emasangan 2apasitor &ank 7engan 2onfigurasi 2elompok &eban
III.=.: 2onfigurasi 'erbeban 'emasangan kapsitor bank untuk menyediakana kebutuhan daya reaktif beban listrik pada konfigurasi enis ini disarankan untuk melayani beban-beban dengan kapsitas yang besar, faktor daya yang tetap, dan beban bekera untuk periode *aktu *aktu yang terus menerus, dapun konfigurasi enis ini dapat lihat pada Gambar :.? sebagai berikut 6
Gambar III.? 'emasangan 2apasitor &ank 7engan 2onfigurasi 'erbeban III.(
Ka)ian Ekono$is Perbaikan Faktor Daya
'enggunaan susunan kapasitor untuk kompensasi daya bertuuan untuk menghilangkan denda kelebihan pemakaian daya reaktif yang harus dibayarkan . '9
:>
membebankan biaya kelebihan pemakaian daya reaktif pada pelanggan ika faktor daya rata-rata bulannya kurang dari 0.8=. umlah daya reaktif yang terkena denda sama dengan umlah daya reaktif terpakai dikurangi 0,>5 kali umlah daya aktif terpakai seperti pada 'ersamaa :.5: berikut ini6 (d N( ; "0,>5 @ '$...............................................................................":.58$ 7engan 6 (d
7aya reaktif terkena denda "k#rh$
N(
1umlah pemakaian daya reaktif dalam satu bulan.
'
1umlah pemakaian daya aktif dalam satu bulan.
Maka denda yang harus dibayarkan dengan persamaan :.5< dan :.5= berikut ini 6 7 (d . r................................................................................................":.53$ 7 7. 5...............................................................................................":.:0$ 7engan 6 7
7enda dalam rupiah yang harus dibayarkan dalam satu bulan.
7
7enda dalam rupiah yang harus dibayarkan dalam satu tahun.
r
arif 7enda kelebihan pemakaian daya reaktif.
:?
setelah pemasangan kapasitor bank dan diketahui denda yang harus di bayar maka dapat pula di perhitungkan angka *aktu pay bac periode yang didapat oleh perusahaan dengan 'ersamaan :.5> berikut.
Pay bac Periode
................................":.:$
:8
