Praktikum 1 Perbaikan Power Faktor Dengan Kapasitor Bank (Modul EPCOS Power Factor Controller(BR 6000 ver 2.0))
I.
II.
Tujuan - Praktikan dapat memahami prinsip dasar dan dasar teori tentang perbaikan kualitas daya dengan kapasitor bank - Praktikan dapat mengetahui keuntungan dan kerugian pemasangan kapasitor bank pada sistem terutama pada masalah power factor sistem - Praktikan dapat menganalisa dan mengambil kesimpulan Dasar Teori Perbaikan Faktor Daya Melalui Kapasitor Bank
Cara pemasangan instalasi kapasitor bank dapat dibagi menjadi 3 bagian yaitu: global compensation, individual compensation dan group compensation.
Gambar 1 Metode Lokasi Pemasangan Instalasi Kapasitor Bank
1
1. Global Compensation: kapasitor dipasang di induk panel (MDP), sehingga arus yang turun hanya di penghantar antara panel MDP dan transformator, sedangkan arus yang lewat setelah MDP tidak turun. 2. Group Compensation : kapasitor yang terdiri dari beberapa panel kapasitor dipasang dipanel SDP (pada industry dengan kapasitas beban terpasang besar sampai ribuan kva). 3. Individual Compensation : kapasitor langsung dipasang pada masing masing beban khususnya yang mempunyai daya yang besar, cara ini lebih efektif dan lebih baik dari segi teknisnya. Namun kekurangannya adalah harus menyediakan ruang atau tempat khusus untuk meletakkan kapasitor tersebut (Suheta, 2012). Prinsip Kerja Kapasitor Bank
Kapasitor yang akan digunakan untuk meperbesar pf dipasang parallel dengan rangkaian beban. Bila rangkaian itu diberi tegangan maka electron akan mengalirmasuk kekapasitor. Pada saat kapasitor penuh dengan muatan electron maka tegangan akan berubah. Kemudian electron akan keluar dari kapasitor dan mengalir ke dalam rangkaian yang memerlukannya dengan demikian pada saat itu kapasitor membangkitkan daya reaktif. Bila tegangan yang berubah itu kembali normal (tetap) maka kapasitor akan menyimpan kembali elektron. Pada saat kapasitor mengeluarkan elektron (Ic) berarti sama juga kapasitor menyuplai daya reaktif ke beban. Karena beban bersifat induktif (+) sedangkan daya reaktif bersifat kapasitor (-) akibatnya daya reaktif yang berlaku menjadi kecil. Jika pf pelanggan buruk (rendah) maka kapasitas daya aktif (kW) yang dapat digunakan pelanggan akan berkurang. Kapasitas itu akan terus menurun seiring dengan semakin menurunnya pf sistem kelistrikan pelanggan. Akiba tmenurunnya pf itu maka akan muncul beberapa persoalan sbb: a) Membesarnya penggunaan daya listrik kWH Karen arugi-rugi. b) Membesarnya penggunaan daya listrik kVAR. c) Mutu listrik menjadi rendah karena jatuh tegangan. Proses pengurangan itu bisa terjadi karena kedua beban (indutor dan kapasitor) arahnya berlawanan akibatnya daya reaktif menjadi kecil. Bila daya reaktif menjadi kecil sementara daya aktif tetap maka harga pf menjadi besar akibatnya daya nyata (kVA) menjadi kecil sehingga rekening listrik menjadi berkurang. Sedangkan keuntungan lain dengan mengecilnya daya reaktif adalah: 2
a) Mengurangi rugi-rugi daya pada sistem. b) Adanya peningkatan tegangan karena daya meningkat.
Modul EPCOS Power Factor Controller
Power Factor Controller (PFC) BR 6000 EPCOS adalah salah satu model PFC yang sangat mudah dipergunakan. Controller ini memiliki menu yang terstruktur, paramenter dengan text yang mudah dipahami serta display paramenter yang lengkap (V, I,F,Q, THD,…). Controller ini memiliki ukuran 144 X 144 mm yang terpasang pada front panel dengan cut out 138 X 138 mm, pemasangannya dimasukan dari depan dan dikunci oleh penjepit dari belakang. Controller ini disupply dengan tegangan operasi 230 VAC (L-N) memiliki range pengukuran tegangan 30 ~ 300 VAC (L-N) dan pengukuran arus 5 Amp atau 1 Amp. Pada terminal pengukuran arus dan tegangan harus dipastikan polaritasnya dan sebaiknya menggunakan kabel 2,5 mm2. Untuk wiring harus disesuaikan dengan wiring diagram yang ada di manual dan belakang unit controller. Tegangan yang masuk ke unit controller harus pada fasa yang sama, baik untuk supply, tegangan pengukuran dan tegangan coil. Polaritas CT harus sesuai, terbaliknya polaritas akan mengganggu fungsi controller.
3
Saat controller BR 6000 diberi supply tegangan maka display akan menampilkan versi softwarenya dan kemudian akan berubah ke mode operasi (automatic). Pada baris pertama ditampilkan nilai cos phi, dan bagian bawah menampilkan step capacitor. Struktur program controller ini adalah sbb :
Automatic
BR 6000 akan secara automatis menuju mode automatic, ini merupakan standart pabrik. Pada mode ini step capacitor akan bertambah atau berkurang sesuai dengan kondisi cos phi terukur dan setting. Jika masih dibawah setting maka step akan bertambah secara otomatis dan sebaliknya. Pada mode ini, jika tombol “ENTER” ditekan akan menampilkan parameter berturut turut adalah tegangan line (V), Arus terukur(A), daya reaktif (kVAR), daya aktif (kW), daya (kVA), selisih daya reaktif dengan setting (kVAR), frekuensi (Hz), temperature (deg C), Harmonic V dan I (3 ~ 19), THD V dan I (%) dan versi software. Jika dalam 60 detik tombol “ENTER” tidak ditekan, maka akan kembali ke menu awal. Programing
Pada menu ini akan dipergunakan untuk memasukan parameter yang diperlukan agar controller dapat bekerja dengan baik. Untuk menuju keparameternya adlah dengan menekan tombol “ENTER”. Adapun parameter tersebut adalah sbb : LANGUAGE : Pemilihan menu bahasa yang akan ditampilkan (Germany, English, Spain). I-CONVERTERPRIM : Nilai ratio sisi primer converter / CT (5 ~ 7500) I-CONVERTER SEC : Nilai ratio sisi sekunder converter / CT (1 atau 5 A) END STOP : Jumlah step yang diaktifkan. Maksimal adalah 6 atau 12 tergantung typenya. 4
CONTROL SERIES : Ratio capacitor bank masing masing step dengan step pertama. CONTROL PRINCIPLE: Mode control yang akan dijalankan controller. Ada 4 option, Sequential (LIFO), Loop (FIFO), Intelegent (default setting/ FIFO advance) dan Combine Choke. POWER 1 STAGE : Nilai kapasitas bank pada step 1 (pertama). TARGET COS PHI : Nilai Con Phi tujuan. MEASURING VOLTAGE : Tegangan yang terukur (L-N) atau sisi primer jika menggunakan transformer (PT). V-CONVERTER RATIO : Di isi NO jika tanpa PT. Untuk aplukasi HV menggunakan PT mis. 20KV : 100 berarti diisi 200. CONNECTION TIME : Jeda waktu yang diperlukan untuk menaikan capacitance jaringan atau bisa juga sensitivitas. Untuk setting ini perlu diperhatkan discharge timenya juga. DISCONNECTION TIME : Jeda waktu yang diperlukan untuk menurunkan capacitance jaringan. DISCHARGE TIME : Waktu untuk discharge/ pengosongan muatan tiap step capacitor. Jika step ini mengalami perintah ON dan OFF dibawah waktu discharge maka perintah akan di blok. ALARM TEMP : Setting temperature di dalam controller, jika temperature melebihi setting akan mengaktifkan Alarm. MESSAGE RELAY : UNDERCURRENT dll)
Setting
output
pada
relay
(FAN,
ALARM,
HARMONIC LIMIT : Setting batas harmonic THD yang di ijinkan. CONTRAST : Pengaturan kecerahan display. BASICSETTING : Jika diaktifkan maka semua parameter akan kembali sesuai dengan setting dari pabrik.
5
III.
Alat dan Bahan - Modul PFC (BR6000 Simulator) - Kabel power 1 fasa
IV.
Gambar Rangkaian
PFC
M
M
X
Gambar 2 Rangkaian percobaan (Single line simulator BR6000) V.
VI.
Langkah Percobaan 1. Siapkan peralatan yang dibutuhkan untuk percobaan perbaikan kualitas daya dengan kapasitor bank. 2. Hubungkan modul simulator BR6000 dengan sumber jala-jala. 3. Tekan tombol M1 untuk mengaktifkan beban motor secara simulasi. Amati dan catat data yang dibutuhkan pada table hasil percobaan. 4. Tekan tombol M2 sehingga M1 dan M2 aktif. Amati dan catat data yang dibutuhkan pada table hasil percobaan. 5. Lakukan analisa dan ambil kesimpulan dari percobaan perbaikan kualitas daya dengan kapasitor bank. Tabel Data Hasil Percobaan a. Sistem tanpa kapasitor
Beban
M1
V
I
P
Q
S
(Volt)
(A)
(KW)
(KVAR)
(KVA)
201,7
110,2
41,69
54,87
66,79
P (KW) 40,21 40,03
Q (kVAR) 28,16 15,49
PF
0,6
b. Sistem dengan kapasitor PF Target 0,85 Ind 0,95 Ind
Beban
Motor 1 Motor 1
PF
0,82 Ind 0,93 Ind
V (Volt) 200,2 200,1
I (A) 81,9 73,1
S (KVA) 49,4 43,8
η
(%) 26% 34% 6
1 0,95 Cap
Motor 1 Motor 1
0,99 Ind 0,93 Cap
200 201,2
67,9 69,4
39,75 40,67
3,1 -21,2
40,7 41,89
39% 37%
V. Analisa Data
Faktor daya merupakan perbandingan antara daya aktif/Real Power (watt/P) dengan daya semu/Apparent Power (VA/S), atau cosinus sudut P/S. Daya reaktif/Reactive Power (KVAR/Q) yang tinggi akan meningkatkan sudut ini dan sebagai hasilnya faktor daya akan menjadi lebih rendah. Faktor daya selalu lebih kecil atau sama dengan satu.
Dari gambar diatas, besarnya nilai Q dapat dicari dengan persamaan :
= √ 3 × √ 3 × = − Pada praktikum ini dilakukan 4 percobaan yaitu sistem tanpa kapasitor, sistem dengan kapasitor (pf target = 0,85), sistem dengan kapasitor (pf target = 0,95), dan sistem dengan kapasitor (pf target = 1).
Beban
M1
V
I
P
Q
S
(Volt)
(A)
(KW)
(KVAR)
(KVA)
201,7
110,2
41,69
54,87
66,79
PF
0,6
Pada percobaan tanpa kapasitor, secara teori dapat dihitung sebagai berikut :
7
= 201,7√ 3 ×110,2√ 3 × 0,6 = 40009,212 = 40,0 = 66,79 −40,0 ≈ 53,487 Dari perhitungan secara teori, terdapat pergeseran nilai baik dari nilai daya aktif (P) ataupun nilai daya reaktivnya (Q). Hal ini mungkin saja diakibatkan oleh adanya gannguan lain seperti harmonisa dan rugi-rugi saluran. PF Target 0,85 Ind
0,95 Ind 1 0,95 Cap
Beban
PF
Motor 1 Motor 1 Motor 1 Motor 1
0,82 Ind 0,93 Ind 0,99 Ind 0,93 Cap
V (Volt) 200,2
I (A) 81,9
P (KW) 40,21
Q (kVAR) 28,16
S (KVA) 49,4
200,1 200 201,2
73,1 67,9 69,4
40,03 39,75 40,67
15,49 3,1 -21,2
43,8 40,7 41,89
Dari data diatas dapat diketahui berapa besar nilai KVAR yang dibutuhkan untuk menaikkan power faktor dari 0,6 menuju target dengan persamaan: Cosphi 1 = 0,6 Cosphi 4 =1 θ1 = cos-1 0,6 θ4 = cos-1 1 = 53,13° = 0° Cosphi 2 θ2
= 0,85 = cos-1 0,85 = 31,79°
Cosphi 5 θ5
= 0,95 (Kapasitiv) = -cos-1 0,95 = -18,19°
Cosphi 3 θ3 ΔQ1
ΔQ2
ΔQ3
ΔQ4
= 0,95 = cos-1 0,95 = 18,19° = P (tan θ1 - tan θ2) = 41,69K (tan 53,13°- tan 31,79°) = 29,75 KVAR = P (tan θ1 - tan θ2) = 41,69K (tan 53,13°- tan 18,19°) = 41,89 KVAR = P (tan θ1 - tan θ2) = 41,69K (tan 53,13°- tan 0°) = 55,59KVAR = P (tan θ1 - tan θ2) = 41,69K (tan 53,13°- tan -18,19°) = 69,29 KVAR 8
Dari perhitungan diatas dapat ditarik kesimpulan bahwa, semakin kapasitif nilai PF yang diinginkan maka nilai kompensasi KVAR yang dibutuhkan semakin besar. Nilai KVAR yang ditampilkan pada modul adalah nilai KVAR yang dibutuhkan oleh sistem pada saat dilakukan pengujian, bukan merupakan besarnya KVAR kompensasi. Untuk mengetahui, besarnya effisiensi yang didapat sebelum dan sesudah kompensasi dapat dihitung melalui persamaan berikut :
Ƞ = 1-
100%
Keterangan : KVA, DK : Nilai daya semu (S) dengan kapasitor KVA, TK : Nilai daya semu (S) tanpa kapasitor
VII. Kesimpulan
Nilai daya yang ditampilkan oleh modul adalah nilai daya yang telah terakumulasi dengan gangguan lain sehingga terdapat selisih apabila dihitung menggunakan persamaan power faktor saja. semakin kapasitif nilai PF yang diinginkan maka nilai KVAR yang dibutuhkan semakin besar. Pemberian kompensasi yang terlampau besar dari kebutuhan dapat menyebabkan power faktor menjadi leading. Terdapat gangguan lain pada sistem yang disimulasikan oleh modul BR 6000 selain kebutuhan akan kompensasi KVAR.
9
