Perbaikan Faktor Daya Menggunakan Kapasitor
Sebelum membahas tentang perbaikan faktor daya dengan menggunakan kapasitor, ada baiknya kita mengingat kembali tentang pengertian umum dari Daya Semu, Daya Aktif dan Daya Reaktif.
Dalam sistem listrik AC/Arus Bolak-Balik ada tiga jenis daya yang dikenal, khususnya untuk beban yang memiliki impedansi (Z), yaitu:
• Daya semu (S, VA, Volt Amper)
• Daya aktif (P, W, Watt)
• Daya reaktif (Q, VAR, Volt Amper Reaktif)
Untuk rangkaian listrik AC, bentuk gelombang tegangan dan arus sinusoida, besarnya daya setiap saat tidak sama. Maka daya yang merupakan daya rata-rata diukur dengan satuan Watt,Daya ini membentuk energi aktif persatuan waktu dan dapat diukur dengan kwh meter dan juga merupakan daya nyata atau daya aktif (daya poros, daya yang sebenarnya) yang digunakan oleh beban untuk melakukan tugas tertentu.
Sedangkan daya semu dinyatakan dengan satuan Volt-Ampere (disingkat, VA), menyatakan kapasitas peralatan listrik, seperti yang tertera pada peralatan generator dan transformator.
Pada suatu instalasi, khususnya di pabrik/industri juga terdapat beban tertentu seperti motor listrik, yang memerlukan bentuk lain dari daya, yaitu daya reaktif (VAR) untuk membuat medan magnet atau dengan kata lain daya reaktif adalah daya yang terpakai sebagai energi pembangkitan flux magnetik sehingga timbul magnetisasi dan daya ini dikembalikan ke sistem karena efek induksi elektromagnetik itu sendiri, sehingga daya ini sebenarnya merupakan beban (kebutuhan) pada suatu sistim tenaga listrik.
Pengertian Faktor Daya / Faktor Kerja
Faktor daya atau faktor kerja adalah perbandingan antara daya aktif (watt) dengan daya semu/daya total (VA), atau cosinus sudut antara daya aktif dan daya semu/daya total (lihat gambar 1).
Daya reaktif yang tinggi akan meningkatkan sudut ini dan sebagai hasilnya faktor daya akan menjadi lebih rendah. Faktor daya selalu lebih kecil atau sama dengan satu.
Secara teori, jika seluruh beban daya yang dipasok oleh perusahaan listrik memiliki faktor daya satu, maka daya maksimum yang ditransfer setara dengan kapasitas sistim pendistribusian.
Dengan beban yang terinduksi dan jika faktor daya berkisar dari 0,2 hingga 0,5, maka kapasitas jaringan distribusi listrik menjadi tertekan. Jadi, daya reaktif (VAR) harus serendah mungkin untuk keluaran kW yang sama dalam rangka meminimalkan kebutuhan daya total (VA).
Faktor Daya / Faktor kerja menggambarkan sudut phasa antara daya aktif dan daya semu. Faktor daya yang rendah merugikan karena mengakibatkan arus beban tinggi. Perbaikan faktor daya ini menggunakan kapasitor.
Kapasitor untuk Memperbaiki Faktor Daya
Faktor daya dapat diperbaiki dengan memasang kapasitor pengkoreksi faktor daya pada sistim distribusi listrik/instalasi listrik di pabrik/industri.
Kapasitor bertindak sebagai pembangkit daya reaktif dan oleh karenanya akan mengurangi jumlah daya reaktif, juga daya semu yang dihasilkan oleh bagian utilitas.
Sebuah contoh yang memperlihatkan perbaikan faktor daya dengan pemasangan kapasitor ditunjukkan dibawah ini:
Contoh 1.Kapasitor untuk Memperbaiki Faktor Daya
Sebuah pabrik kimia memasang sebuah trafo 1500 kVA. Kebutuhan parik pada mulanya 1160 kVA dengan faktor daya 0,70. Persentase pembebanan trafo sekitar 78 persen (1160/1500 = 77.3 persen).
Untuk memperbaiki faktor daya dan untuk mencegah denda oleh pemasok listrik, pabrik menambahkan sekitar 410 kVAr pada beban motor. Hal ini meningkatkan faktor daya hingga 0,89, dan mengurangi kVA yang diperlukan menjadi 913 kVA, yang merupakan penjumlahan vektor kW dan kVAr.
Trafo 1500 kVA kemudian hanya berbeban 60 persen dari kapasitasnya. Sehingga pabrik akan dapat menambah beban pada trafonya dimasa mendatang. (Studi lapangan NPC)
Contoh 2.Kapasitor untuk Memperbaiki Faktor Daya
Sekelompok lampu pijar dengan tegangan 220V/58 W, digabungkan dengan 12 lampu TL 11 W, ada 30 buah lampu pijar dan lampu TL.
Faktor daya terukur sebesar cos alpha1= 0,5. Hitunglah daya semu dari beban dan besarnya arus I1 sebelum kompensasi, Jika diinginkan faktor kerja menjadi cos alpha2=0,9. hitung besarnya arus I2 (setelah kompensasi).
a) Besarnya daya lampu gabungan
PG = (58 W x 18) + (11 W x 12) = 1176 watt = 1,176 kW
Cos phi1 = PG/S1 ->> S1 = Pg/Cos phi1 = 1,176kW/0,5 = 2,352 kVA.
I1 = S1/U = 2,352 kVA/220 V = 10,69 ampere (A)–> sebelum kompensasi
b) besarnya daya setelah kompensasi (cos phi = 0,9)
S2 = PG/Cos phi2 = 1,176 kW/0,9 = 1,306 kVA
maka I2 = S2/U= 1,306 kVA/220 V = 5,94 A –> setelah kompensasi
Keuntungan Perbaikan Faktor Daya dengan Penambahan Kapasitor
Keuntungan perbaikan faktor daya melalui pemasangan kapasitor adalah:
1. Bagi Konsumen, khususnya perusahaan atau industri:
- Diperlukan hanya sekali investasi untuk pembelian dan pemasangan kapasitor dan tidak ada biaya terus menerus.
- Mengurangi biaya listrik bagi perusahaan, sebab:
- (a) daya reaktif (kVAR) tidak lagi dipasok oleh perusahaan utilitas sehingga kebutuhan total(kVA) berkurang dan
- (b) nilai denda yang dibayar jika beroperasi pada faktor daya rendah dapat dihindarkan.
- Mengurangi kehilangan distribusi (kWh) dalam jaringan/instalasi pabrik.
- Tingkat tegangan pada beban akhir meningkat sehingga meningkatkan kinerja motor.
2. Bagi utilitas pemasok listrik
- Komponen reaktif pada jaringan dan arus total pada sistim ujung akhir berkurang.
- Kehilangan daya I kwadrat R dalam sistim berkurang karena penurunan arus.
- Kemampuan kapasitas jaringan distribusi listrik meningkat, mengurangi kebutuhan untuk memasang kapasitas tambahan.
METODA PEMASANGAN INSTALASI KAPASITOR
Cara pemasangan instalasi kapasitor dapat dibagi menjadi 3 bagian yaitu :
- Global compensation . Dengan metode ini kapasitor dipasang di induk panel ( MDP )Arus yang turun dari pemasangan model ini hanya di penghantar antara panel MDP dan transformator. Sedangkan arus yang lewat setelah MDP tidak turun dengan demikian rugi akibat disipasi panas pada penghantar setelah MDP tidak terpengaruh. Terlebih instalasi tenaga dengan penghantar yang cukup panjang Delta Voltagenya masih cukup besar.
- Sectoral Compensation. Dengan metoda ini kapasitor yang terdiri dari beberapa panel kapasitor dipasang dipanel SDP. Cara ini cocok diterapkan pada industri dengan kapasitas beban terpasang besar sampai ribuan kva dan terlebih jarak antara panel MDP dan SDP cukup berjauhan.
- Individual Compensation . Dengan metoda ini kapasitor langsung dipasang pada masing masing beban khususnya yang mempunyai daya yang besar. Cara ini sebenarnya lebih efektif dan lebih baik dari segi teknisnya. Namun ada kekurangan nya yaitu harus menyediakan ruang atau tempat khusus untuk meletakkan kapasitor tersebut sehingga mengurangi nilai estetika. Disamping itu jika mesin yang dipasang sampai ratusan buah berarti total cost yang di perlukan lebih besar dari metode diatas
Komponen-komponen utama yang terdapat pada panel kapasitor antara lain:
1. Main switch / load Break switch
Main switch ini sebagai peralatan kontrol dan isolasi jika ada pemeliharaan panel . Sedangkan untuk pengaman kabel / instalasi sudah tersedia disisi atasnya (dari) MDP.Mains switch atau lebih dikenal load break switch adalah peralatan pemutus dan penyambung yang sifatnya on load yakni dapat diputus dan disambung dalam keadaan berbeban, berbeda dengan on-off switch model knife yang hanya dioperasikan pada saat tidak berbeban .
Untuk menentukan kapasitas yang dipakai dengan perhitungan minimal 25 % lebih besar dari perhitungan KVar terpasang dari sebagai contoh :
Jika daya kvar terpasang 400 Kvar dengan arus 600 Ampere , maka pilihan kita berdasarkan 600 A + 25 % = 757 Ampere yang dipakai size 800 Ampere.
2. Kapasitor Breaker.
Kapasitor Breaker digunakan untuk mengamankan instalasi kabel dari breaker ke Kapasitor bank dan juga kapasitor itu sendiri. Kapasitas breaker yang digunakan sebesar 1,5 kali dari arus nominal dengan I m = 10 x Ir.
Untuk menghitung besarnya arus dapat digunakan rumus
I n = Qc / 3 . VL
Sebagai contoh : masing masing steps dari 10 steps besarnya 20 Kvar maka dengan menggunakan rumus diatas didapat besarnya arus sebesar 29 ampere , maka pemilihan kapasitas breaker sebesar 29 + 50 % = 43 A atau yang dipakai 40 Ampere.
Selain breaker dapat pula digunakan Fuse, Pemakaian Fuse ini sebenarnya lebih baik karena respon dari kondisi over current dan Short circuit lebih baik namun tidak efisien dalam pengoperasian jika dalam kondisi putus harus selalu ada penggantian fuse. Jika memakai fuse perhitungannya juga sama dengan pemakaian breaker.
3. Magnetic Contactor
Magnetic contactor diperlukan sebagai Peralatan kontrol.Beban kapasitor mempunyai arus puncak yang tinggi , lebih tinggi dari beban motor. Untuk pemilihan magnetic contactor minimal 10 % lebih tinggi dari arus nominal ( pada AC 3 dengan beban induktif/kapasitif). Pemilihan magnetic dengan range ampere lebih tinggi akan lebih baik sehingga umur pemakaian magnetic contactor lebih lama.
5. Kapasitor Bank
Kapasitor bank adalah peralatan listrik yang mempunyai sifat kapasitif..yang akan berfungsi sebagai penyeimbang sifat induktif. Kapasitas kapasitor dari ukuran 5 KVar sampai 60 Kvar. Dari tegangan kerja 230 V sampai 525 Volt atau Kapasitor Bank adalah sekumpulan beberapa kapasitor yang disambung secara parallel untuk mendapatkan kapasitas kapasitif tertentu.
Besaran yang sering dipakai adalah Kvar (Kilovolt ampere reaktif) meskipun didalamnya terkandung / tercantum besaran kapasitansi yaitu Farad atau microfarad. Kapasitor ini mempunyai sifat listrik yang kapasitif (leading). Sehingga mempunyai sifat mengurangi / menghilangkan terhadap sifat induktif (leaging)
6. Reactive Power Regulator
Peralatan ini berfungsi untuk mengatur kerja kontaktor agar daya reaktif yang akan disupply ke jaringan/ system dapat bekerja sesuai kapasitas yang dibutuhkan.
Dengan acuan pembacaan besaran arus dan tegangan pada sisi utama Breaker maka daya reaktif yang dibutuhkan dapat terbaca dan regulator inilah yang akan mengatur kapan dan berapa daya reaktif yang diperlukan.
Peralatan ini mempunyai bermacam macam steps dari 6 steps , 12 steps sampai 18 steps.
Peralatan tambahan yang biasa digunakan pada panel kapasitor antara lain:
- Push button on dan push button off yang berfungsi mengoperasikan magnetic contactor secara manual.
- Selektor auto – off – manual yang berfungsi memilih system operasional auto dari modul atau manual dari push button.
- Exhaust fan + thermostat yang berfungsi mengatur ambeint temperature (suhu udara sekitar) dalam ruang panel kapasitor. Karena kapasitor, kontaktor dan kabel penghantar mempunyai disipasi daya panas yang besar maka temperature ruang panel meningkat.setelah setting dari thermostat terlampaui maka exhust fan akan otomatis berhenti.