Laman

Selasa, 26 September 2017

Jurnal Saintek UISU 2015



Analisis Perhitungan Penurunan Cos φ Pada Pembangkit Tenaga Listrik

Indra Roza1), Ahmad Yanie2)
  1. Staf Pengajar Prodi Teknik Elektro Sekolah Tinggi Teknik Harapan Medan
  2. Staf Pengajar Prodi Teknik Elektro Sekolah Tinggi Teknik Harapan Medan
Email : indraroza30@yahoo.co.id



ABSTRAK
Power Factor (Faktor Daya)  sebagai cos Ø, merupakan bagian yang cukup penting dalam pengoperasian suatu Generator Listrik. Karena menurunnya faktor daya (cos Ø) akan berakibat turunnya efisiensi pembangkit dalam menampung beban kerja serta akan memperbesar kemungkinan terjadinya kerusakan pada sistem pembangkit atau sistem beban listrik, sehingga perlu adanya usaha untuk memperbaiki faktor daya tersebut.Untuk kepentingan perbaikan faktor kerja, diperlukan pemasangan beberapa unit kapasitor yang dihubungkan secara paralel terhadap sistem pembangkit listrik yang kita kenal sebagai Capacitor Bank dan dilengkapi dengan Power Factor Automatic Regulator (pengatur otomatis kerja Capacitor) dan berfungsi memperbaiki faktor daya pembangkit melalui pengoperasian secara automatis unit-unit kapasitor berdasarkan besar/kecilnya beban kerja pembangkit (daya reaktif).Kerugian daya juga menyebabkan arus listrik (I) yang mengalir melalui kabel hantaran menjadi bertambah besar sehingga ukuran kabel yang dibutuhkan juga bertambah besar. Hal ini akan menyebabkan bertambahnya biaya investasi pemasangan jaringan kabel.Berdasarkan perhitungan kerugian akibat daya yang hilang mencapai 23% sehingga pemborosan biaya BBM setiap hari. Jadi jelas bahwa penurunan faktor daya generator dari 0,8 menjadi 0,6 akan berakibat terjadinya pemborosan biaya pemakaian BBM solar.Dengan adanya hasil data  perbandingan factor daya normal dan turun. Memberikan masukan kepada Masyarakat dunia industry dan pabrik kelapa sawit pada system pembangkit listrik, pengendalian terjadinya kebakaran dan keselamatan manusia yang diakibatkan naiknya arus sehungga  sfesifikasi kabel tidak sesuai. Memberikan kontribusi terhadap pengembangan ilmu dan teknologi di lingkungan akademik.
Kata Kunci : Analisis Perhitungan Penurunan Cos φ Pada Pembangkit Tenaga Listrik


I. Pendahuluan
Dengan semakin tingginya tarif listrik, maka tuntutan efisiensi dalam pemakaian daya listrik adalah menjadi pertimbangan utama. Efisiensi penggunaan daya listrik dipengaruhi oleh banyak faktor. Diantaranya adalah kualitas daya listrik. Kualitas daya listrik sangat dipengaruhi oleh  penggunaan  jenis-jenis  beban  tertentu  yang  mengakibatkan  turunnya  efisiensi.  Jenis-jenis beban yang mempengaruhi kualitas daya listrik adalah beban-beban induktif, seperti; motor induksi, kumparan, ballast, lampu TL. Demikian juga beban-beban non linier seperti; konverter dan inverter untuk drive motor, mesin las, furnace, komputer, ac, tv, lampu TL dan lain-lain. Baban-beban induktif akan menurunkan faktor daya sehingga dapat menyebabkan denda apabila faktor daya kurang dari 0.85 lag, sedangkan beban-beban non linier tersebut menimbulkan harmonisa yang dampaknya  akan  mempengaruhi  kualitas  daya,  sehingga  menimbulkan  kerugian  -  kerugian.
Sedangkan gangguan lain adalah gangguan yang disebabkan karena adanya fluktuasi pemakaian beban, terutama untuk beban-beban yang bersifat on/off seperti crane, furnace, pompa, welding dll. Gangguan ini dapat
Kerusakan pada prime mover generator, terutama Diesel genset dengan pembebanan sampai 80%, sehingga pada akhirnya akan memperpendek usia pemakaian, seringnya maintenance dan akan memakan biaya pemeliharaan yang cukup besar. Untuk mendapatkan kualitas tenaga listrik yang baik, maka perlu dilakukan langkah-langkah perbaikan kualitas daya.
Berdasarkan perhitungan  kerugian akibat daya yang hilang mencapai 23% sehingga pemborosan biaya BBM setiap hari. Jadi jelas bahwa penurunan faktor daya generator dari 0,8 menjadi 0,6 akan berakibat terjadinya pemborosan biaya pemakaian BBM solar. Dengan adanya hasil data  melalui perbandingan factor daya norlma dan turun. Memberikan masukan kepada Masyarakat dunia industry dan pabrik kelapa sawit pada pembangkit, pengendalian terjadinya kebakaran dan keselamatan manusia yang diakibatkan tidak sesuai sfesifikasi kabel yang diakibat arus naik. Memberikan kontribusi terhadap pengembangan ilmu dan teknologi di lingkungan akademik.

II. Landasan Teori
2.1 Pengertian Daya
Daya adalah energi yang dikeluarkan untuk melakukan usaha. Dalam sistem tenaga listrik, daya merupakan jumlah energi yang digunakan untuk melakukan kerja atau usaha. Daya listrik biasanya dinyatakan dalam satuan Watt atau Horsepower (HP),   Horsepower merupakan satuan daya listrik dimana 1 HP setara 746 Watt atau lbft/second. Sedangkan Watt merupakan unit daya listrik dimana 1 Watt memiliki daya setara dengan daya yang dihasilkan oleh perkalian arus 1
Ampere dan tegangan 1 Volt.
Daya dinyatakan dalam P, Tegangan dinyatakan dalam V dan Arus dinyatakan dalam I, sehingga besarnya daya dinyatakan :
P = V x I
P = Volt x Ampere x Cos φ
P = Watt
                          
Gambar . 2.1 Arah aliran arus listrik

2.2 Daya Aktif
Daya aktif (Active Power) adalah daya yang terpakai untuk melakukan energi sebenarnya. Satuan daya aktif adalah Watt. Misalnya energi panas, cahaya, mekanik dan lain lain.
                                P = V.I Cos φ
                                P = 3 . VL .IL Cos φ
Daya ini digunakan secara umum oleh konsumen dan dikonversikan dalam bentuk kerja.
2.3 Daya Reaktif
                   Daya reaktif adalah jumlah daya yang diperlukan untuk pembentukan medan magnet. Dari pembentukan medan magnet maka akan terbentuk fluks medan magnet. Contoh daya yang menimbulkan daya reaktif adalah transformator, motor, lampu pijar dan lain lain. Satuan daya reaktif adalah
                                Q = V.I Sin φ
                                Q = 3. VL.IL Sin φ
2.4 Daya Nyata
Daya nyata (Apparent Power) adalah daya yang dihasilkan oleh perkalian antara tegangan rms dan arus rms dalam suatu jaringan atau daya yang merupakan hasil penjumlahan trigonometri daya aktif dan daya reaktif. Satuan daya nyata adalah VA.
                                    
Gambar. 2.2  Penjumlahan trigonometri daya aktif, reaktif dan daya nyata
                                
      S = P + jQ, mempunyai nilai/ besar dan sudut  
      S = S  φ
       S= P2 + Q2   φ
Untuk mendapatkan daya satu phasa, maka dapat diturunkan persamaannya seperti di bawah ini :
S = P + jQ
Dari gambar 2.2 terlihat bahwa
            P = V.I Cos φ
           Q = V. I Sin φ
maka :
S  = V. I. Cos φ + j V. I Sin φ
S  = V. I. (Cos φ +j Sin  φ)
 S1φ = V. I. ej  φ
 S1 φ = V. I φ
 S1 φ = V. I *
Sedangkan untuk rangkaian tiga phasa mempunyai 2 bentuk hubungan yaitu :Hubungan Wye (Y)

                                Gambar 2.3 Hubungan Bintang
Dimana :
VRS = VRT = VST = VL ; Tegangan antar phasa
VRN = VSN =VTN = VP ; Tegangan phasa
IR = IS = IT = IL (IP) ; Arus phasa /Arus saluran

Bila IL adalah arus saluran dan IP adalah arus phasa, maka akan berlaku hubungan:
       IL = IP
      VL = 3 VP

Hubungan Delta ()
              
                       Gambar 2.4 Hubungan Delta
Di mana :
       IRS = IST = ITR = IP ; Arus phasa
       IR = IS =IT = IL ; Arus saluran
       VRS = VST = VTR = VL (VP) ; Tegangan antar phasa
Bila VL adalah tegangan antar phasa dan VP adalah tegangan phasa maka berlaku hubungan :
            VL = VP
              IL = 3 . IP
Dari kedua macam rangkaian di atas, untuk mendapatkan daya tiga phasanya maka dapat digunakan rumus :
                         S(3) = 3 . VL. IL
2.4 Segitiga daya
Segitiga daya merupakan segitiga yang menggambarkan hubungan matematika antara tipe- tipe daya yang berbeda (Apparent Power, Active Power dan Reactive Power) berdasarkan prinsip trigonometri.

        
                    Gambar 2.4 Diagram Faktor daya
Dimana berlaku hubungan :
S = P2 + Q2    φ
P = S / Cos φ
              Q = S / Sin φ
2.5  Faktor Daya
Faktor daya (Cos φ) dapat didefinisikan sebagai rasio perbandingan antara daya aktif (Watt) dan daya nyata (VA) yang digunakan dalam sirkuit AC atau beda sudut fasa antara V dan I yang biasanya dinyatakan dalam cos φ .
  Faktor Daya = Daya Aktif (P) / Daya Nyata (S)
                       = kW / kVA
                       = V.I Cos φ / V.I
                       = Cos φ
Faktor daya mempunyai nilai range antara 0 1 dan dapat juga dinyatakan dalam persen. Faktor daya yang bagus apabila bernilai mendekati satu.
                         Tan φ = Daya Reaktif (Q) / Daya Aktif (P)
                            =  Kvar/ kW 
karena komponen daya aktif umumnya konstan (komponen kVA dan kVAR berubah sesuai dengan faktor daya), maka dapat ditulis seperti berikut :
    Daya Reaktif (Q) = Daya Aktif (P) x Tan φ
sebuah contoh, rating kapasitor yang dibutuhkan untuk memperbaiki faktor  Daya sebagai berikut : Daya reaktif pada pf awal
         = Daya Aktif (P) x  Tan φ1
Daya reaktif pada pf diperbaiki
         = Daya Aktif (P) x  Tan φ2
sehingga rating kapasitor yang diperlukan untuk memperbaiki faktor daya adalah :
Daya reaktif (kVAR)
          = Daya Aktif (kW) x  (Tan φ1 - Tan φ2)
Beberapa keuntungan meningkatkan faktor daya :
  1. Tagihan listrik akan menjadi kecil (PLN akan memberikan denda jika pf  lebih kecil dari 0,85)
  2. Kapasitas distribusi sistem tenaga listrik akan meningkat
  3.  Mengurangi rugi – rugi daya pada system
  4. Adanya peningkatan tegangan karena daya meningkat.
Jika pf   lebih kecil dari 0,85 maka kapasitas daya aktif (kW) yang digunakan akan berkurang. Kapasitas itu akan terus menurun seiring dengan menurunnya   pf   sistem kelistrikan. Akibat menurunnya pf maka akan timbul beberapa persoalan diantaranya :
Kelebihan pemakaian kVARH
                                 = [ B – 0,62 ( A1 + A2 )] Hk
Dimana :
B   = pemakaian kVARH
A1  = pemakaian kWH WPB
A2  = pemakaian kWH LWBP
Hk = harga kelebihan pemakaian kVARH

         
                 Gambar 2.5 Hubungan daya reaktif, reaktif dan kapasitansi
Seperti terlihat pada gambar 5, daya reaktif yang dibutuhkan oleh induktansi selalu mempunyai beda fasa 90° dengan daya aktif. Kapasitor menyuplai kVAR dan melepaskan energi reaktif yang dibutuhkan oleh induktor. Ini menunjukan induktansi dan kapasitansi mempunyai beda fasa
Beberapa strategi untuk koreksi faktor daya adalah :

1.       Meminimalkan operasi dari beban motor yang ringan atau tidak bekerja
2.       Menghindari operasi dari peralatan listrik diatas tegangan rata – ratanya
3.       Mengganti motor – motor yang sudah tua dengan energi efisien motor. Meskipun dengan energi efisien motor, bagaimanapun faktor daya diperngaruhi oleh beban yang variasi. Motor ini harus dioperasikan sesuai dengan kapasitas rat – ratanya untuk memperoleh faktor daya tinggi.
4.        Memasang kapasitor pada jaringan AC untuk menurunkan medan dari daya reaktif.

Selain itu, pemasangan kapasitor dapat menghindari :
  1. Trafo kelebihan beban (overload), sehingga memberikan tambahan daya yang tersedia
  2. Voltage drops pada line ends
  3. Kenaikan arus / suhu pada kabel, sehingga mengurangi rugi – rugi.
Untuk pemasangan Capasitor Bank diperlukan :
1.        Kapasitor, dengan jenis yang cocok dengan kondisi jaringan
2.        Regulator, dengan pengaturan daya tumpuk kapasitor (Capasitor Bank) otomatis
3.        Kontaktor, untuk switching kapasitor
4.        Pemutus tenaga, untuk proteksi tumpuk kapasitor.
2.2  Metoda Pemasangan Instalasi Kapasitor
Cara pemasangan instalasi kapasitor dapat dibagi menjadi 3 bagian yaitu :
1. 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.
2. 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.
3. 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

2.2.1 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 digunkakan 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.
4. 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)
5. 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.
2.3 Resistansi Kawat Penghantar
Tiap-tiap logam mempunyai tahanan jenis (ρ) yang tertentubesarnya. Makin kecil nilai tahanan jenis (resistivity) suatulogam makin baik digunakan sebagai kawat penghantar. Sepertihalnya kawat tembaga mempunyai tahanan jenis yang palingrendah (0,0175) merupakan logam yang sangat baik digunakansebagai kawat penghantar dibandingkan dengan kawataluminium yang mempunyai tahanan jenis 0,030.
Tahanan jenis inilah yang merupakan salah satu faktor untukmenentukan besarnya tahanan (resistance) R dalam suatu kawatpenghantar, disamping faktor-faktor luas penampang kawat (A)dan panjang kawat (l) pada suatu penghantar jaringan. Dimanabesarnya tahanan dari suatu kawat penghantar sebanding denganpanjangnya dan berbanding terbalik dengan luas penampangkawat, yang dinyatakan dengan persamaan :
              
Dimana :
R = besarnya tahanan kawat (Ω)
ρ = nilai tahanan jenis kawat (m/mm)
l = panjang kawat penghantar (m)
A = luas penampang kawat (mm2 )
Makin panjang suatu jaringan makin jauh pula jarak tempuharus listrik dan makin besar tahanan kawat tersebut. Sebaliknyakalau diameter kawat makin besar, maka aliran listrik dapatmengalir dengan mudah dan nilai tahanan makin kecil. Begitupula makin besar diameter kawat makin lebar ukuran bebanpelayanan yang harus dilayani.
Selain dari pada itu besarnya tahanan suatu kawatpenghantar akan berubah karena pengaruh suhu. Makin besarperbedaan kenaikan suhu makin bertambah besar tahanan kawatpenghantar. Perubahan besarnya nilai tahanan tersebut sesuai
dengan persamaan :
Rt = Rto {1 + α (t - to)}
Dimana :
    Rt = besarnya tahanan pada kenaikan suhu t C (Ω)
    Rto = besarnya tahanan pada suhu semula (Ω)
       t = suhu sekarang (° C)                                               
     to = suhu mula-mula (° C)                           
      á = koefisien suhu
2.3.1 Konduktivitas Kawat Penghantar
Nilai konduktivitas suatu kawat penghantar dinyatakan sebagai perbandingan terbalik dengan besarnya tahanan, yang besarnya dinyatakan dengan persamaan :
                   
Dimana :
C = besarnya konduktivitas kawat penghantar (mho)
Berarti makin besar suatu tahanan kawat penghantar makin kecil nilai konduktivitasnya. Konduktivitas suatu kawat penghantar ini tergantung pula pada kemurnian dari logam yang digunakan, akan makin besar bila kemurnian logam bertambah tinggi dan berkurang bila campurannya bertambah. Karena faktor-faktor tersebut diatas maka besarnya konduktivitas tidak bisa mencapai nilai tepat 100 %. Bila digunakan aluminium yang sebelumnya mempunyai konduktivitas rendah dari tembaga, nilainya tidak akan berkurang dari 60 %.

2.4   Permasalahan Faktor Daya Dalam Sistem Tenaga Listrik

Faktor daya dalam sistem tenaga listrik sangat penting. Seberapa pentingkah cos φ atau faktor daya, mungkin ini menjadi pertanyaan kita. Jika cos φ kurang dari 0.85 maka daya reaktif yang dihasilkan dari beban akan dikenakan biaya dalam tagihan listrik kita. Daya dalam energi listrik dibagi menjadi 3 yaitu daya aktif (P) atau daya nyata satuannya watt , daya reaktif (Q) atau daya tidak nyatasatuannya VAR , dan daya semu (S) satuannya VA. Daya aktif adalah daya listrik yang dibangkitkan oleh generator, kemudian termanfaatkan oleh konsumen. Daya aktif  ini memiliki satuan watt (W). Sedangkan daya reaktif adalah daya yang diakibatkan oleh fluktuasi daya pada saluran transmisi dan distribusi akibat dibangkitkannya medan/daya magnetik atau beban yang bersifat induktif (seperti : motor listrik, trafo, dan las listrik). Daya reaktif ini adalah daya tidak nyata dan tidak bisa dimanfaatkan, satuan daya reaktif ini VAR. Pada konsumen level industri, beban induktif yang paling banyak digunakan adalah motor listrik atau pompa listrik.  Adanya daya reaktif ini menyebabkan aliran daya aktif tidak bisa dilakukan secara efisien dan memerlukan peralatan listrik yang kapasitasnya lebih besar dari daya aktif yang diperlukan.
Untuk menggambarkan efisiensi daya aktif yang disalurkan, dalam  kelistrikan dikenal suatu besaran yang disebut faktor-daya atau cos φ. Nilai faktor daya antara 0 s.d 1, artinya semakin tinggi faktor-daya maka semakin efisien penyaluran dayanya. sebaliknya semakin kecil faktor-daya maka semakin besar daya reaktifnya.
Bagi konsumen kecil atau rumah tangga, keberadaan daya reaktif tidak terlalu menjadi masalah karena PT. PLN tidak memperhitungkannya dalam penentuan tagihan listrik. Akan tetapi bagi konsumen besar, seperti perusahaan, PT. PLN mensyaratkan faktor-daya harus lebih dari 0,85. Jika nilai faktor-daya kurang dari 0,85  maka daya reaktif akan diperhitungkan dalam penentuan besarnya tagihan.
Secara formula daya nyata adalah jumlah total daya aktif (P) dan daya reaktif (Q) yang dirumuskan dengan : 
Hubungan ketiga daya itu dapat juga digambarkan dalam bentuk segitiga daya seperti pada gambar 1 dibawah ini :
          Faktor daya atau  cos φ merupakan  perbandingan daya aktif (P) dan daya nyata (S). Pada konsumen tingkat industri  beban yang sering digunakan kebanyakan bersifat induktif seperti travo, motor-motor listrik dan lainnya. Peningkatan beban yang bersifat induktif ini pada sistem tenaga listrik dapat menurunkan nilai faktor daya (PF) dalam proses pengiriman daya. Penurunan faktor daya (PF) ini dapat menimbulkan berbagai kerugian, yang antara lain:
1. Memperbesar kebutuhan daya aktif atau kVA
2. Terjadinyap penurunan Efisiensi penyaluran daya
3. Memperbesar rugi-rugi panas kawat dan peralatan
4. Terjadinya penurunan tegangan
Untuk alasan kerugian akibat penurunan faktor daya (PF) inilah, penyedia layanan listrik, PLN, menetapkan denda VAR, dalam usaha untuk menghimbau konsumennya agar ikut menjaga besarnya faktor daya pada kondisi yang ideal.

III.Metodologi Penelitian
1.       Waktu dan Tempat Pelaksanaan
                Pelaksaan rancang bangun ini direncanakan  akan dilaksankan selama 4 (empat) bulan. Dengan lokasi rancang bangun alat tersebut di Laboratorium Jurusan Teknik Elektro Sekolah Tinggi Teknik Harapan.


2.       Metode
 

1.                                                                                                  


































3.       Teknis Analisis Data
Teknik pengumpulan data yang dilakukan untuk memperoleh data primer berupa daya aktif,  daya reaktif, dan daya nyata serta data sekunder berupa Nameplate sebuah generator Diesel di industri menggunakan  teknik observasi. selanjutnya, setelah capacitor bank terpasang, diperoleh dengan mengadakan pengukuran  terhadap daya dan faktor daya. Data yang dianalisis berupa data daya aktif, daya reaktif, daya  semu, dan nominal tagihan listrik berupa denda kVAr yang harus dibayar. Analisis data  dilakukan dengan melakukan perhitungan terhadap kerugian elektris dan kerugian ekonomis  setelah digunakannya capacitor bank. 

IV.   Hasil dan Pembahasan
Power Factor (Faktor Daya) sebagai cos Ø, merupakan bagian yang cukup penting dalam pengoperasian suatu Generator Listrik. Karena menurunnya faktor daya (cos Ø) akan berakibat turunnya efisiensi pembangkit dalam menampung beban kerja serta akan memperbesar kemungkinan terjadinya kerusakan pada sistem pembangkit atau sistem beban listrik, sehingga perlu adanya usaha untuk memperbaiki faktor daya tersebut.
Untuk kepentingan perbaikan faktor kerja ini, diperlukan pemasangan beberapa unit kapasitor yang dihubungkan secara paralel terhadap sistem pembangkit listrik ayng kita kenal sebagai Capacitor Bank dan dilengkapi dengan Power Factor Automatic Regulator (pengatur otomatis kerja Capacitor) dan berfungsi memperbaiki faktor daya pembangkit melalui pengoperasian secara automatis unit-unit kapasitor berdasarkan besar/kecilnya beban kerja pembangkit (daya reaktif).
                         112811_1730_1powerfacto1
Gambar 5. 1 Hubungan Koreksi Faktor Daya Sistem Pembangkit
Keterangan :
R-S-T-N     = Sistem jaringan 3 phase, 4 kabel
K                = Magnetic Contactor
A1, A2       = Terminal Coil Magnetic Contactor
C1, C2, C3 = Capasitor yang dihubung Delta.
5.1   Perhitungan Faktor Daya
Berikut ini adalah data-data sebuah Generator Diesel
Kapasitas Daya (W)           = 300 KVA
Tegangan Kerja (V)        = 380 Volt
Frekwensi (f)                      = 50 Hz
Faktor Daya Pembangkit    = 0.8
Arus (I)                               = 456 Ampere
Daya Effektif (P)                = 240 KW
Dari data-data Generator di atas, dapat diartikan bahwa Generator Listrik tersebut dapat bekerja optimal jika semua persyaratan parameter kerjanya terpenuhi. Untuk mendapatkan gambaran secara jelas dari pengaruh turunnya Faktor Daya Generator (Cos Ø) dapat dilihat dari perhitungan berikut :
Faktor Daya Generator turun dari 0,8 menjadi 0,65
C =  Daya Reaktif (loss power) dalam satuan KVA
I  =  Arus listrik dalam satuan Ampere
    Maka     :    P = √3 x V x I x Cos Ø    (KW)        (1)
                       P = W x Cos Ø        (KW)                 (2)
                       C = √(W² -P²)        (KVAR)              (3)
Dari Formulasi (1) dapat dihitung  :
Besarnya Arus Listrik (I) yang mengalir untuk kedua kondisi Faktor Daya Generator, sebagai berikut :

Untuk Cos Ø = 0,8
Maka :        
                 P = √3 x V x I x Cos Ø
      240.000 = 1,732 x 380 x I x 0,8
                 I = 240.000 / (1,732 x 380 x 0,8)
                 I = 456 Ampere
Untuk Cos Ø = 0,65
Maka :        
        P = √3 x V x I x Cos Ø
         240.000 = 1,732 x 380 x I x 0,65
                     I = 240.000 / (1,732 x 380 x 0,65)
                     I = 561 Ampere
Dari Formulasi (2) dapat dihitung :
Besarnya Resultan Daya (Daya Total = W), sebagai berikut                                                                                                                                                        C2

                                    W2 = 369 KVA
                                                                                                                                                                                      C1
                                   W1 = 300 KVA
                                               
                            Cos Q2 = 0,65                                                                                            
                             Cos Q1 = 0,8                                                                                                                                                      
                                            P =  240   KW
             Gambar. 5.2 Besar Resultan Daya total
Untuk Cos Ø = 0,8
Maka :    P = W x Cos Ø
                        240 = W x 0,8
                          W = 300 KVA
Untuk Cos Ø = 0,65
Maka :    P = W x Cos Ø
            240 = W x 0,65
              W = 369 KVA
Dari Formulasi (3) dapat dihitung :
Besarnya daya Reaktif C (KVAR), sebagai berikut :
Untuk Cos Ø = 0,8
Maka :          C = √(W² – P²)
       C = √(300² – 240²)
       C = √32.400
                     C = 180 KVAR
Untuk Cos Ø = 0,65
Maka :          C = √(W² – P²)
       C = √(369² – 240²)
        C = √78.561
                       C = 280 KVAR
Berdasarkan Formulasi diatas dapat diketahui besarnya :
Arus yang hilang :
I Loss = I2 – I1
I Loss = 561 Amp – 456 Amp
I Loss = 105 Ampere
Maka  I Loss =   ( 561- 456 / 456)  x  100  =        23%
Tabel 5.1 Cos Ø = 0,8 dan 0,65 terhadap arus (I)
Besar Cos Ø
Arus ( I1)
Arus (I2)
Daya Hilang
0,8
456 A
-
105 A
0,65
-
561

Dari table diatas menjelaskan adanya perbedaan arus yang signifikan dari perbedaana cos Ø sehingga dapat kita simpulkan bahwa adanya kehilangan arus yang akan mengakibatkan penurunan daya, sementara daya sangat diperlukan .
  Ganbar 5.1  . Grafik   Cos Ø = 0,8 dan 0,65 terhadap arus (I)
Daya yang hilang :
W Loss = W2 – W1
W Loss = 369 KVA – 300 KVA
W Loss = 69 KVA
Maka      :     
W Loss   =       369 – 300/  300  x 100 =  23%
Kenaikan Daya Reaktif :
C = C2 – C1
C = 280 KVAR – 180 KVAR
C = 100 KVAR atau kenaikan C = 35,71%
Tabel 5.2  Cos Ø = 0,8 dan 0,65 terhadap daya yang ada
Besar Cos Ø
Daya Aktif
Daya Nyata
Daya Reaktif
Daya Hilang
0,8
240 KW
300 KVA
180 KVAR
69 KVA
0,65
240 KW
369 KVA
280 KVAR


Dari table diatas menjelaskan adanya perbedaan daya nyata dan daya reaktif  sedangkan daya aktif nya tetap akibat adanya  perbedaana cos Ø sehingga dapat kita simpulkan bahwa adanya kehilangan daya nyata dan meningkat daya reaktif diakibat turunnnya Cos Ø  yang akan mengakibatkan kehilangan daya nyata.

 Gambar 5.2 Grafik segitiga Daya untuk Cos Ø = 0,8
Dari grafik diatas terlihat adanya besar daya yang digunakan baik itu daya aktif, daya nyata dan daya reaktif dengan Cos Ø = 0,8

Gambar 5.3 Grafik segitiga Daya untuk Cos Ø = 0,65
Dari gambar. 5.2 dan 5.3  diatas terlihat adanya perubahan   daya nyata agak lebih besar dibandingkan dcengan gambar 5.3 begitu juga  daya reaktif semakin besar diakibatkan penurunan  Cos Ø = 0,65, sedangkan daya aktif nyata tetap.

Tabel 5.3  Kondisi sebelum dan sesudah kompensasi
Kondisi


Arus (A)
Cos Ø
P (Watt)
Q (VAR)
S (VA)

Sebelum Kompensasi
456
0.65
240 K
280 K
369 K

Sesudah Kompensasi
561
0.80
240 K
180 K
300 K

Selisih
105
0.15
0
100 K
69 K


Dari perhitungan perhitungan diatas, dapat dilihat timbulnya Power Loss (keborosan Daya) yang diakibatkan turunnya Faktor Daya Generator (Cos Ø) dari 0,8 menjadi 0,65. Hal ini jelas sangat merugikan jika ditinjau dari operasional sistem kerja pembangkit yang pada akhirnya akan menimbulkan kerugian bagi PKS (perusahaan).
Perhitungan besarnya kerugian :
a.         Pada saat harga solar  Rp 6000,-
Jam Operasi genset             = 15 jam
Harga BBM Solar               = Rp. 6000,-/liter
Pemakaian BBM Solar      = 40 liter/jam
Dengan pemakaian normal Genset sebesar 300 KVA, maka total biaya BBM solar setiap hari adalah sebesar
= 15 jam x Rp. 6000/ltr x 40 ltr/jam
= Rp. 3.600.000,-/hari
Berdasarkan perhitungan diatas, kerugian akibat daya yang hilang mencapai 23% sehingga pemborosan biaya BBM setiap hari adalah sebesar
                                  = 23% x Rp. 3.600.000,-
                                  = Rp. 828.000,-/hari
                                  = Rp. 20.700.000,-/bulan
Penurunan faktor daya generator dari 0,8 menjadi 0,65 akan berakibat terjadinya pemborosan biaya pemakaian BBM solar sebesar Rp. 20.700.000,-/bulan. Kalau perhitungan  BBM solar dihitung pertahun sebesar Rp 248.400.000,-

Tabel.5.4 Anggaran kerugian pertahun dengan asumsi BBM solar 6000,-
Cos  Ø
Hari
Minggu
Bulan
Tahun
0,65
828.000
4.968.00
20.700.000
248.400.000,-

Perhitungan besarnya kerugian :
Pada saat harga solar Rp 7000,-
Jam Operasi genset             = 15 jam
Harga BBM Solar               = Rp. 7000,-/liter
Pemakaian BBM Solar      = 40 liter/jam
Dengan pemakaian normal Genset sebesar 300 KVA, maka total biaya BBM solar setiap hari adalah sebesar
            = 15 jam x Rp. 7000/ltr x 40 ltr/jam
            = Rp. 4.200.000,-/hari
Berdasarkan perhitungan diatas, kerugian akibat daya yang hilang mencapai 23% sehingga pemborosan biaya BBM setiap hari adalah sebesar
                                  = 23% x Rp. 4.200.000,-
                                  = Rp. 966.000,-/hari
                                  = Rp. 24.150.000,-/bulan
Penurunan faktor daya generator dari 0,8 menjadi 0,65 akan berakibat terjadinya pemborosan biaya pemakaian BBM solar sebesar Rp. 24.150.000,-/bulan. Kalau perhitungan  BBM solar dihitung pertahun sebesar Rp 248.400.000,-

Tabel.5.5 Anggaran kerugian pertahun dengan asumsi BBM solar 7000,-
Cos  Ø
Hari
Minggu
Bulan
Tahun
0,65
966.000
5.796.000
24.150.000
289.800.000,-

Perhitungan besarnya kerugian :
c.          Harga solar Rp 8000,-
Jam Operasi genset             = 15 jam
Harga BBM Solar               = Rp. 8000,-/liter
Pemakaian BBM Solar      = 40 liter/jam
Dengan pemakaian normal Genset sebesar 300 KVA, maka total biaya BBM solar setiap hari adalah sebesar
= 15 jam x Rp. 8000/ltr x 40 ltr/jam
= Rp. 4.800.000,-/hari
Berdasarkan perhitungan diatas, kerugian akibat daya yang hilang mencapai 23% sehingga pemborosan biaya BBM setiap hari adalah sebesar
                                  = 23% x Rp. 4.800.000,-
                                  = Rp. 1.104.000,-/hari
                                  = Rp. 27.600.000,-/bulan
Penurunan faktor daya generator dari 0,8 menjadi 0,65 akan berakibat terjadinya pemborosan biaya pemakaian BBM solar sebesar Rp. 27.600.000,-/bulan. Kalau perhitungan  BBM solar dihitung pertahun sebesar Rp 331.200.000,-
Tabel.5.6 Anggaran kerugian pertahun dengan asumsi BBM solar 8000,-
Cos  Ø
Hari
Minggu
Bulan
Tahun
0,65
1.140.000
6.840.00
27.600.000
331.200.000,-

Kerugian daya juga menyebabkan arus listrik (I) yang mengalir melalui kabel hantaran menjadi bertambah besar sehingga ukuran kabel yang dibutuhkan juga bertambah besar. Hal ini akan menyebabkan bertambahnya biaya investasi pemasangan jaringan kabel.
Tabel.5.7 Perbandingan anggaran dari beberapa harga BBM
Harga Minyak (Rp)
Per hari (Rp)
Perminggu (Rp)
Perbulan (Rp)
Pertahun (Rp)
6000
828.000
4.968.000
20.700.000
248.400.000,-
7000
966.000
4.968.000
20.700.000
289.800.000,-
8000
1.140.000
6.840.000
27.600.000
331.200.000,-
 Dari perbandingan harga BBM yang bervariasi dapat kita lihat bahwa dengan kenaikan terlalu tinggi akan menimbulkan anggaran yang besar sehingga akan merugikan dari pihak perusahaan.
Gambar 5.3 Grafik perbandingan harga BBM yang bervariasi
Hal-hal yang merugikan tersebut di atas, dapat ditanggulangi dengan menginstalasi unit Kapasitor pada supply daya sistem pembangkit
5.2  Power Factor (PF) Regulator
Power Factor (PF) Regulatormerupakan peralatan yang berfungsi untuk mengatur kompensasi kapasitor agar daya reaktif yang akan disupply ke jaringan atau sistem dapat bekerja sesuai kapasitas yang dibutuhkan. Acuan pembacaan besaran arus dan tegangan pada sisi utama 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 step dari 6 step, 12 step sampai 18 step.
Bertambahnya beban yang  mengandung beban induktif antara lain lampu mercury, motor-motor listrik, AC, maka dalam modul akan mendeteksi Kva menjadi lebih besar maka step-step kontaktor yang diaktifkan regulator akan masuk memberikan masukan daya reaktif yang dibutuhkan. Sebaliknya, apabila beban berkurang maka nilai VAR yang di suplai kapasitor menjadi berlebihan, hal ini akan dideteksi oleh regulator dan segera mengurangi pasokan kapasitor sehingga power factor menjadi seimbang kembali. Peralatan tambahan yang biasa digunakan pada panel kapasitor antara lain :
1.     Selektor auto – off – manual yang berfungsi memilih sistem operasional auto dari regulator atau manual dari push button.
2.     Push button on dan Push button off yang berfungsi mengoperasikan magnetic contactor secara manual.
Perbaikan faktor daya untuk memperbesar harga cos φ (pf) yang rendah hal yang mudah dilakukan adalah memperkecil sudut φ1 sehingga menjadi φ2 berarti φ1 > φ2. Usaha untuk memperkecil sudut φ itu hal yang mungkin dilakukan adalah memperkecil komponen daya reaktif (VAR). Berarti komponen daya reaktif yang ada bersifat induktif harus dikurangi dan pengurangan itu bisa dilakukan dengan menambah suatu sumber daya reaktif yaitu berupa kapasitor atau lebih dikenal kapasitor bank
Perbaikan faktor daya dapat di ilustrasikan seperti gambar  dibawah ini:

       
Gambar  5.3. Prinsip Perbaikan Faktor Daya
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)

V.        Kesimpulan
1.     Power Factor (Faktor Daya) yang juga selalu ditulis sebagai cos Ø, merupakan bagian yang cukup penting dalam pengoperasian suatu Generator Listrik.
2.     Menurunnya faktor daya (cos Ø) akan berakibat turunnya efisiensi pembangkit dalam menampung beban kerja serta akan memperbesar kemungkinan terjadinya kerusakan pada sistem pembangkit
3.     Generator Listrik tersebut dapat bekerja optimal jika semua persyaratan parameter kerjanya terpenuhi.
4.     Power Loss (keborosan Daya) yang diakibatkan turunnya Faktor Daya Generator (Cos Ø) dari 0,8 menjadi 0,65. Hal ini jelas sangat merugikan jika ditinjau dari operasional sistem kerja pembangkit yang pada akhirnya akan menimbulkan kerugian
5.     Kerugian akibat daya yang hilang mencapai 23% sehingga pemborosan biaya BBM
6.     Kerugian daya juga menyebabkan arus listrik (I) yang mengalir melalui kabel hantaran menjadi bertambah besar sehingga ukuran kabel yang dibutuhkan juga bertambah besar. Hal ini akan menyebabkan bertambahnya biaya investasi pemasangan jaringan kabel
7.         Hal-hal yang merugikan tersebut di atas, dapat ditanggulangi dengan menginstalasi unit Kapasitor pada supply daya sistem pembangkit
2.     Saran
1.     Turun cos Ø  pada Sistem beban listrik, sehingga perlu adanya usaha untuk memperbaiki faktor daya tersebut.
2.     Perbaikan faktor kerja diperlukan pemasangan beberapa unit kapasitor yang dihubungkan secara paralel terhadap sistem pembangkit listrik ayng kita kenal sebagai Capacitor Bank
3.     Dilengkapi dengan Power Factor Automatic Regulator (pengatur otomatis kerja Capacitor) dan berfungsi memperbaiki faktor daya pembangkit melalui pengoperasian secara automatis unit-unit kapasitor berdasarkan besar/kecilnya beban kerja pembangkit (daya reaktif).

VI.      Daftar Pustaka
[1] www. Indo.net.id/pln
[3]PUIL 2000
[4]Kadir, A., Distribusi dan Utilisasi Tenaga Listrik, Jakarta : UI – Press, 2000.
[5]Sumardjati, P., Instalasi Motor, Bandung : POLBAN, 2000.
[6]Tinus, A., Studi Pengaruh Capasitor Bank Switching Terhadap Kualitas Daya Listrik Di Gardu Induk Waru PLN P3B, Surabaya
[7]Zuhal, Dasar Tenaga Listrik, Penerbit ITB Bandung, 1986.
[8]B.L. Theraja, A Text-Book Of Technology,Nirja Construction & Development           Co.Ltd.
[9]Ir. Sulasno, Sistem Distribusi TenagaLsitrik, Badan Penerbit Universitas Diponegoro, Semarang, 2001.
[10]Gonen, Thuran, Electric PowerDistribution System Engineering,McGraw-Hill Book Company, New Delh, 1986.
[11]Blomquist, W.C., Capasitor for Industry, John Wiley & Son Inc., New York, 1950
[12]Longland T, TW Hunt & Brecknell, Power Capasitor Handbook, Butterworth & Co,1984.
[13]Timothy J.E. Miller, Reactive PowerControl In Electric Systems, John Willey& Sons, Inc, New York, 1982.
[14]ESTAmat MH Mounting Instructions,Vishay Electronic GMBH.
[15]Edminister, Joshep A, Rangkaian ListrikEdisi II, Erlangga, Jakarta, 1988.
[16]Hayt, W.H., J.E. Kemmerly. 1993, Rangkaian  Listrik 1,Erlangga. Jakarta.

Tidak ada komentar:

Posting Komentar

Seminar nasional UISU 2017

ANALISA KEANDALAN PEMBANGKIT INTERKONEKSI 20 kV PT. GROWTH ASIA KE PT. PLN (PERSERO) . Indra Roza           Staf Pengajar Pro...