BAB II LANDASAN TEORI
2.3 Faktor Daya
2.3.1 Faktor Daya Mendahului (Leading)
2. Rasio: ? ? ? resistansi impedansi ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??? ? ???? 3. Rasio: daya aktif??? daya total ???? kiloWatt (kW) kiloVoltAmpere (kVA) ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ???? Sehingga dapat disimpulkan bahwa faktor daya tersebut merupakan nilai
cosinus dari sudut yang terbentuk antara daya aktif dan daya total serta untuk
tegangan yang sama juga identik dengan nilai cosinus dari sudut yang terbentuk antara arus aktif dan arus total.
2.3.1 Faktor Daya mendahului (Leading)
Faktor daya dikatakan mendahului (leading) apabila memiliki karakteristik seperti berikut:
1. Apabila arus mendahului tegangan, tegangan terbelakang dari arus dengan sudut φ, seperti yang terlihat pada gambar II.6.
2. Beban atau peralatan listrik memberikan daya reaktif dari sistem atau beban yang bersifat kapasitif.
3. Faktor daya mendahului biasa terjadi pada beban kapasitif, seperti kapasitor, generator singkron, motor singkron, dan kondensor singkron.
2.3.2 Faktor Daya Tertinggal (Lagging)
Faktor daya tertinggal atau biasa disebut dengan faktor daya lagging memiliki karakteristik seperti berikut:
1. Apabila tegangan mendahului arus, arus terbelakang dari tegangan, seperti pada gambar II.7.
2. Beban atau peralatan listrik memerlukan daya reaktif dari sistem atau beban yang bersifat induktif.
3. Faktor daya lagging ini terjadi pada beban induktif, seperti motor induksi, AC dan transformator.
Gambar II.6 Gelombang pada Faktor Daya Mendahului (Leading)
22
2.4 Koreksi Faktor Daya
Perbaikan faktor daya dapat diartikan sebagai usaha untuk membuat faktor daya atau cos φ mendekati 1. Faktor daya yang sering muncul adalah langging, akibat dari pemakaian beban induktif (motor atau trafo). Perbaikan dilakukan dengan memasang kapasitor pada masing-masing beban atau secara tersentralisir melalui kapasitor bank.
Kapasitor yang akan digunakan untuk memperkecil atau memperbaiki faktor daya penempatannya ada tiga cara:
1. Global compensation
Penempatan kapasitor dengan metode terpusat ditempatkan pada sumber energy listrik seperti pada sisi primer dan sekunder transformator atau bisa juga pada bus pusat pengontrolan. Keuntungan dari pemasangan kapasitor dengan metode terpusat ini adalah sebagai berikut:
a. Arus reaktif akan mengalir ke seluruh jaringan yang berasal dari kapasitor shunt, yang mengakibatkan luas penampang kabel dan sistem proteksi yang dibutuhkan menjadi lebih besar.
b. Apabila kapasitor shunt mengalami kerusakan, maka perbaikan faktor daya pada seluruh beban akan terganggu.
Kekurangan dari pemasangan kapasitor bank dengan cara ini yaitu sebagai berikut:
a. Switching peralatan pengaman bisa menimbulkan ledakan.
b. Transient disebabkan oleh energizing grup kapasitor dalam jumlah besar. c. Hanya memberikan kompensasi pada sisi atasnya (upstream).
2. Group compensation
Dengan metoda ini kapasitor yang terdiri dari beberapa panel kapasitor dipasang dipanel pusat. Cara ini cocok diterapkan pada industri dengan kapasitas beban terpasang besar sampai ribuan kva dan terlebih jarak antara panel pusat dan cabang cukup berjauhan.
Keuntungan dari pemasangan kapasitor dengan cara ini yaitu sebagai berikut: a. Biaya pemasangan rendah.
b. Kapasitansi pemasangan bisa dimanfaatkan sepenuhnya. c. Biaya pemeliharaan rendah.
Kekurangan dari pemasangan kapasitor dengan menggunakan cara ini adalah: a. Perlu dipasang kapasitor bank pada setiap panel cabang.
b. Hanya memberikan kompensasi pada sisi atas. c. Kebutuhan ruangan.
3. Individual compensation
Penempatan kapasitor langsung pada masing-masing beban yang akan diperbaiki faktor dayanya. Adapun keuntungan dari pemasangan kapasitor dengan metode ini adalah sebagai berikut:
a. Proses optimalisasi daya akan bekerja lebih efektif dibandingkan dengan metode lainnya.
b. Arus reaktif langsung mengalir ke beban (tidak mengalir ke jaringan), sehingga penghantar dan sistem pengamannya dapat diperkecil.
c. Rugi-rugi pada jaringan menjadi lebih kecil.
d. Perbaikan faktor daya bisa langsung dilakukan pada beban, sehingga kapasitor bekerja pada saat beban bekerja.
24
Kapasitor yang akan digunakan untuk memperbesar faktor daya dipasang paralel dengan beban. Bila rangkaian itu diberi tegangan maka elektron akan mengalir masuk ke kapasitor. Pada saat kapasitor penuh dengan muatan elektron maka tegangan akan berubah. Kemudian elektron akan keluar dari kapasitor dan mengalir ke dalam rangkaian yang memerlukannya dengan demikian pada saat itu kapasitor membangkitkan daya reaktif.
Salah satu fungsi dari kapasitor bank adalah untuk koreksi faktor daya. Secara sederhana kapasitor terdiri dari dua buah plat logam yang dipisahkan oleh suatu bahan dielektrik dan kapasitor ini memiki sifat menyimpan muatan listrik. Pada beberapa tahun yang lalu kebanyakan kapasitor terdiri dari dua buah plat aluminium murni yang dipisahkan oleh tiga atau lebih lapisan kertas yang dilapisi oleh bahan kimia.
Keuntungan perbaikan faktor daya melalui pemasangan kapasitor adalah sebagai berikut:
Bagi perusahaan
1. Diperlukan hanya sekali investasi untuk pembeli dan pemasangan kapasitor dan tidak ada biaya pemasangan terus menerus.
2. Mengurangi biaya pembayaran listrik bagi perusahaan karena daya reaktif (VAR) tidak dipasok dari PLN sehingga kebutuhan daya total (VA) berkurang dan denda yang harus dibayar jika beroperasi pada faktor daya yang rendah. 3. Mengurangi kehilangan distribusi (kWh) dalam jaringan pabrik.
4. Tingkat tegangan pada beban akhir meningkat sehingga meningkatkan kinerja motor.
Bagi PLN
1. Komponen reaktif pada jaringan akhir dan arus total pada sistem berkurang. 2. Kehilangan daya I2R dalam sistem berkurang karena penurunan arus.
3. Kemampuan kapasitas jaringan distribusi listrik meningkat, mengurangi untuk pemasangan kapasitas tambahan.
2.5 Kapasitor Bank
Kapasitor adalah komponen yang dapat menyimpan muatan listrik. Kapasitansi didefinisikan sebagai kemampuan dari suatu kapasitor untuk dapat menampung muatan elektron. Sebuah kapasitor akan memiliki kapasitansi sebesar 1 farad jika tegangan 1 volt dapat memuat muatan elektron sebanyak 1 coulomb. Struktur sebuah kapasitor yang terbuat dari dua buah pelat metal yang dipisahkan oleh suatu bahan dielektrik.
Jika kedua ujung pelat metal diberi tegangan listrik, maka muatan-muatan positif akan mengumpul pada salah satu kaki elektroda metalnya dan pada saat yang sama muatan-muatan negatif terkumpul pada ujung metal yang lain. Muatan positif tidak dapat mengalir menuju ujung kutub negatif dan sebaliknya, muatan negatif tidak dapat menuju ke ujung kutub positif. Hal ini dikarenakan kedua kutub ini dipisahkan oleh bahan dielektrik yang non-konduktif. Muatan elektrik ini tersimpan selama tidak ada konduksi pada ujung-ujung kakinya.
Kapasitor yang akan digunakan untuk memperbesar faktor daya dipasang paralel dengan rangkaian beban. Apabila rangkaian diberi tegangan maka elektron akan mengalir masuk ke kapasitor. Pada saat kapasitor penuh dengan muatan elektron maka tegangan akan berubah.
26
Kemudian elektron akan keluar dari kapasitor dan mengalir kedalam rangkaian beban, maka saat itu kapasitor membangkitkan daya reaktif. Apabila tegangan yang berubah kembali normal, maka kapasitor akan menyimpan kembali elektronnya. Pada saat kapsitor mengeluarkan elektron (Ic) berarti kapasitor menyuplai daya reaktif ke beban. Karena beban bersifat induktif (+) sedangkan daya reaktif bersifat kapasitif (-) akibatnya daya reaktif akan menjadi kecil.
Komponen-komponen yang digunakan dalam pemasangan kapasitor bank adalah sebagai berikut:
1. Main Switch
Main switch yang terletak di dalam panel kapasitor bank ini pengaturannya
menggunakan setting relay. Main switch sebagai peralatan kontrol dan isolasi pada saat pemeliharaan panel. Main switch dapat dilihat pada gambar II.8. Main
switch adalah peralatan pemutus dan penyambung yang sifatnya on load, yakni
dapat diputus dan disambung dalam keadaan berbeban.
2. MCCB (Moulded Case Circuit Breaker)
MCCB digunakan untuk mengamankan instalasi kabel dari breaker ke kapasitor bank dan juga kapasitor itu sendiri. MCCB dapat dilihat pada gambar II.9. MCCB berfungsi sebagai pemutus sirkuit pada tegangan menengah.
Gambar II.9 MCCB 3. Kontaktor