Kapasitor Bank

(1)

POLITEKNIK PERKAPALAN ITS

SURABAYA

LAB. REPARASI LISTRIK JURUSAN TEKNIK KELISTRIKAN KAPAL Panel Capasitor Bank PL 4459 PRAKTIKUM INSTALASI LISTRIK 2 File : KEL8.doc Disusun: Kelompok 8 Disetujui : Annas singgih ST,MT

Kode Revisi: Page: 1 Panel Capacitor Bank

I. TUJUAN

1. TUJUAN INSTUKSIONAL UMUM(TIU)

Setelah mempelajari materi ini diharapkan akan dapat merencanakan,memasang dan memperbaiki,panel capacitor bank dan mengetes banyaknya factor daya dalam satu rangkaian listrik.

2. TUJUAN INSTUKSIONAL KHUSUS(TIK)

Mahasiswa akan dapat memperbaiki faktor daya (Cos phi) mendekati 1 untuk beban-beban induktif dengan tujuan untuk menghindari denda/atau biaya kelebihan pemakaian daya reaktif yang dibebankan PLN kepada pelanggan serta mengoptimalkan daya yang digunakan.

II. DASAR TEORI

2.1 DAYA DAN FAKTOR DAYA

Daya dalam rangkaian DC sama dengan perkalian arus dan tegangan.Daya dalam rangkaian AC sama dengan perkalian dari arus dan teganagn efektif.Tetapi jika ada reaktansi dalam rangkaian,arus dan tegangan tidak sefase sehingga selama siklusnya tidak terjadi arusnya negative seraya tegangan positif.hal ini menghasilkan besarnya daya dalam rangkaian kurang dari perkalian I dan V.

Perkalian harga arus dan tegangan efektif dalam rangkaian AC dinyatakan dalam voltampere(VA) atau kiovoltampere(KVA).Satu KVA sama dengan 1000VA.Daya yang berguna atau daya nyata diukur dalam watt dan diperoleh jika voltampere dari rangkaian dikalikan dengan factor yang disebut factor daya.Maka daya dalam rangkaian AC satu fase adalah:

P(dalam watt) =VIx factor daya………..(2.1) P(dalam kilowatt) =VIx factor daya………..(2.2)

(2)

SURABAYA

Kode Revisi: Page: 2 Dengan memindahkan suku persamaan 1 maka didapat:

Faktor daya =P/VI...(2.3)

Jadi,faktor daya dapat didefinisikan sebagai perbandingan antara daya nyata dalam satuan watt dengan voltampere dari rangkaian AC.Harga faktor daya tergantung dari besarnya beda fase antara arus sumber dan tegangan sumber.jika arus dan tegangan sefase,daya sama dengan IxV,atau dengan perkataan lain faktor daya 1.jika arus dan teganagn berbeda fase 90o seperti dalam rangkaian kapasitif atau induktif murni,maka faktor dayanya nol,sehinggan daya nyata juga nol.dalam rangkaian yang mengandung tahanan dan reaktansi,harga faktor daya berkisar antara 1 dan 0,tergantung pda harga reaktif dari tahanan dan reaktansi pada rangkaian.

Arus yag mengalir dalam rangkaian AC dapat diamnggap terdiri dari dua komponen yaitu komponen yang sefase dengan tegangan dan komponen yang berbeda fase 900 dengan tegangan seperti yang ditujukan pada gambar 2.1 komponen yang sefase disebut komponen aktif,karen itu jika dikalikan dengan tegangan menghasilkan daya yang berguna atau daya nyata dari rangkaian.Komponen yang tidak sefase disebut komponen reaktif oleh karena itu jika dikalikan dengan tegangan menghasilkan dengan daya reaktif.

Gambar 2.1 menunjukkan bahwa makin besar sudut fase,makin besar harga komponen reaktif dan makin kecil harga komponen aktif dari harga arus total yang diberikan.

Pada gambar 2.1 kosinus sudut fase 0 adalah perbandingan arus aktif terhadap arus total atau

Cos Ø= Atau

(3)

SURABAYA

Kode Revisi: Page: 3

Gambar 2.1 Dua komponen arus dalam rangkaian AC

Karena daya nyata adalah teganagn dikalikan dengan komponen aktif dari arus,maka:

P=V x Iaktif P=VI cos Ø

Oleh karena daya adalah VI dikalikan dengan faktor daya,maka faktor daya suatu rangkaian AC sama dengan kosinus dari sudut fase.

Gambar2.2

Dari gambar diatas,dapat dirumuskan dengan hukm phytagoras sebagai berikut:

√

2.2 HUBUNGAN FASE

Mengalirnya arus bolak-balik disebabkan oleh teganagn bolak-balik yang melewati suatu tahanan.jika arus dan tegangan melewati harga nol dan naik ke harga maksimumnya dalam arah yang sama akan pada setiap saat,arus dikatakan sefase dengan teganagan.tetapi dalam bebarapa jenis rangkaian bila harga nol, maksimum

Komponen Reaktif Komponen Aktif I Aktif Q S P

(4)

SURABAYA

Kode Revisi: Page: 4 dari arus dan teganagn tidak terjadi pada saat yang sama,arus dikatakan tidak sefase dengan tegangan.Jika arus yang diserap beban mendahului maka faktor dayanya adalah leading atau beban bersifat kapasitif.secara vektoris dapat digambarkan sbb:

Gambar 2.3

Diagram notasi vektor Faktor dayatertinggal dan mendahului, ada tiga kmungkinan hubungan fasa antara arus dan tegangan dalam suatu rangkaian :

1. Arus dengan tegangan sefase(PF=1)

Suatu beban dinyatakan memiliki faktor daya satu jika perbandibgan antara daya nyata dengan daya semunya adalah satu.Faktor daya satu ini dapat terjadi apabila tidak ada pergeseran fasa antara arus yang diserap oleh beban dengan tegangan kerjanya.Faktor daya satu ini terjadi pada beban-beban yang bersifat resistif(R) misal lampu pijar:

Gambar 2.4 KVAR (Leading) Volt KVAR (Lagging) kVA 1 kVA 2 kW I t V I ϴ i

(5)

SURABAYA

Kode Revisi: Page: 5 2. Arus tertinggal terhadap tegangan (lagging) sebesar Ø

Sebuah beban dikatakan mempunyai faktor daya tertinggal (lagging) jika arus yang diserap beban tertinggal dari tegangan kerja.

Gambar2.5

Arus lagging terhadap tegangan sebesar 300

3. Arus mendahului tegangan ( leading ) sebesar Ø

Sebuah beban dikatakan mempunyai faktor daya mendahului jika beban menyuplai daya reaktif atau arus yang diserap oleh beban mempunyai fasa yang mendahului terhadap tegangan kerjanya.

Ganbar 2.6

Arus Leading terhadap teganagan sebesar 300

I t V I θ i V 300 300 V i θ I t V I

(6)

SURABAYA

Kode Revisi: Page: 6 Lamanya waktu dimana tegangan mendahului atau tertinggal dari

arus,bervariasi dalam setiap rangkaian yang berbeda dari kondisi sefase sampai mendahului atau tertinggal.Oleh karena waktu dapat diukur dalam derajat listrik,beda waktu atau beda fase dari arus dan tegangan biasanya dinyatakan dalam derajat listrik dan disebut sudut fase

Sama seperti arus dan tegangan dalam sebuah rangkaian 1 phase.dalam rangkaian tiga fase antara arus dan tegangan juga dapat memiliki perbedaan fase

2.3 FAKTOR DAYA YANG RENDAH

Faktor daya yang rendah disebabkan oleh peralata seperti motor induksi,terutama pad beban-beban rendah,dan unit-unit balas(ballast) dari lampu pelepas (discharge lighting) yang memerlukan arus magnetisasi reaktif untuk kerjanya.alat-alat busur listrik juga memiliki faktor daya yang rendah.Medan magnet dari peralatan-peralatan seperti ini memerlukan arus yang tidak melakukan kerja yang bermanfaat dan tidak mengakibatkan panas atau daya mekanis ,tetapi yang diperlukan adalah untuk membangkitkan medan.Walaupun arus dikembalikan ke medan.Walaupun arus dikembalikan ke sumber jika medan menurun secara mendadak,perlu penambahan penampang kabel dan instalasi untuk membawa arus ini.Hanya komponen arsu aktif dan bermanfaat yang dilakukan oleh penataan tersebut.

Faktor daya yang rendah dapat dirasakan pada malam hari saat beban turun maka tegangan suplai menjadi lebih besar yang menyebabkan arus magnetisasi dari motor dan transformator bertambah, maka nilai faktor daya pada sistem yang sedang beroperasi menjadi rendah.

Prinsip dasar dari peningkatan faktor daya adalah menyuntikan suatu arus dengan fase mendahukui ke dalam rangkaian agar menetrliser efek arus magnetisasi.yang ketinggalan fase.dalam kondisi-kondisi ini energi yang dibutuhkan

(7)

SURABAYA

Kode Revisi: Page: 7 oleh medan magnet bersirkulasi antara peralatan koreksi dan instalasi yang dikoreksi antara instalasi dan sumber.

2.4 EFEK MERUGIKAN DARI FAKTOR DAYA YANG RENDAH

Faktor daya yang rendah akn mengakibatkan arus untuk menghantarkan daya yang rendah tersebut dapat dilihat dari contoh perhitungan dibawah ini. Bila siumber tegangan 120V,60Hz dignakan untuk menyuplai ;beban sebesar 746 watt.maka arus untuk menghantarkan daya tersebut,bila faktor daya 0,75 adalah: I== =8,3 A

Bila faktor daya= i

I=

Arus yang tinggi dalam suatu rangkaian akan menyebabkan lebih benyaknya energi yang terbuang dalam saluran.

2.5 KOMPENSATOR FAKTOR DAYA 2.5.1 Kapasitor

Dalam perbaikan faktor daya sumber kVAr yang biasa digunakan dan yang paling efektif adalah kapasitor.Kapasitor ini mengeluarkan negative charge ion dan mengkompensasi kehilanagn pada sistem yang memerlukan arus magnetisasi.

2.5.2 Konstruksi Kapasitor

Kapasitor tediri dari dua pelat konduktor sejajar yang dipisahkan oleh bahan dielektrik.fungsi bahan dielektrik itu adalah:

 Memisahkan kedua pelat secara mekanis,walaupun jaraknya sangat dekat tapi satu samalain tidak behubungan.

 Memperbesar nilai kapasitansi

Jadi dengan pemberian suatu bahan dielektrik maka besarnya kapasitansi akan beberapa kali lebih besar dari pada kedua pelat iti hanya oleh ruang hampa.

(8)

SURABAYA

Kode Revisi: Page: 8 Gambar 2.7 Kapasitor Dua Plat

Besarnya kapasitansi: (farad) Keterangan: C=kapasintansi (farad) A=Luas penampang (m2) d=jarak antara kedua pelat(m)

Eo=permisivitas ruang hampa(8,854.10-12)(F/m) E=permisivitas relatif dari bahan dielektrik 1. Hubungan seri kapasitor

Kapasitor pengganti dan kapasitor yang dihubungkan seri adalah samdengan sebuah kapasitor yang bertambah tebal bahan dielektriknya.sehingga nilai kapasitansinya total pada suatu sistem adalah sama dengan muatan pada msing-masing kapasitor itu sendiri.

= + +

Karena Qt=Q1=Q2=Q3 maka diperoleh hasil : =++ Keterangan : Q=muatan (C) U=tegangan(V) U Q+ Q- Arah Medan Listrik d

(9)

SURABAYA

Kode Revisi: Page: 9 C= capacitor pengganti(farad)

Gambar2.8 Hubungan seri kapasitor

2. Hubungan pararel kapasitor

Bila kapasitor dihubungkan secara pararel dan kemudian dihubungkan dengan tegangan U maka jumlah muatan seluruhnya sama dengan jumlah muatan kapasitor itu.Salah satu sifat dari rangkaian pararel adalah tegangan tiap-tiap kapasitor samadengan sumber yang dihasilkannya (U1=U2=U3).

Gambar 2.9 hubungan pararel kapasitor

Kapasitor parapel yang dirumuskan: Qt=Q1+Q2+Q3

Dari persamaan Q=C.U,maka: Ct.Ut=Q1.U1+ Q2.U2+ Q3.U3

U C1 C2 C3 C1 Q1 C1 Q1 C1 Q1 U

(10)

SURABAYA

Kode Revisi: Page: 10 Karena Ut=U1+U2+U3,maka:

Ct=C1+C2+C3

3. kapasitor satu fasa dan tiga fasa

Kapasitor dalam pembuatannya bias dibuat satu fasa dan tiga fasa. Untuk kapasitor satu fasa dapat dirumuskan sebagai berikut :

 Kapsitor satu fasa

Qc = U2 . . C . 10-3 ( KVAR ) Ic = Qc ( A ) U Xc = U.103 ( Ω ) Ic Keterangan :

Qc = rating kapasitor ( KVAR ) U = tegangan kapasitot ( k V ) Ic = arus kapasitor ( A )

C = kapasitas ( µF )

= frekuensi sudut ( 2 f ) Xc = reaktansi dari kapasitor ( Ω )  Kapasitor tiga fasa

Pada kapasitor 3 fasa konfigurasinya dibedakan konfigurasi delta dan konfigurasi bintang.

Kapasitor dengan konfigurasi bintang dapat dirumuskan : Qc = U2 . C . 10-3 ( KVAR )

Ic = Qc ( A ) U√

(11)

SURABAYA

Kode Revisi: Page: 11 Xc = U.103 ( Ω )

Ic √

Kapasitor 3 fasa dengan konfigurasi bintang

Kapasitor dengan konfigurasi delta dapat dirumuskan :

Qc = 3 . U2 . C . 10-3 ( KVAR ) Ic = Qc ( A ) U√ Xc = U . √ .103 ( Ω ) Ic

Kapsitor 3 fasa konfigurasi delta

Uc C C C Uc U

(12)

SURABAYA

2.6 Perbaikan Faktor Daya

2.6.1 Aplikasi koreksi factor daya

Seperti telah dijelaskan diatas PLN membebankan biaya kelebihan pemakaian pada pelanggan, jika rata – rata factor dayanya ( cos ) kurang dari 0,85. Untuk memperbaiki factor daya sehingga tidak membayar denda, adalah aplikasi dari kapasitor bank.

Selain itu pemasangan kapasitor bank dapat menghindari :

a. Trofo kelebihan beban ( over load ), sehingga memberikan tambahan daya yang tersedia.

b. Voltage drop pada akhir saluran ( line ends ).

c. Kenaikan arus dan temperature pada kabel, sehingga mengurangi rugi – rugi.

untuk pemasangan kapasitor bank :

a. Kapasitor, dengan jenis yang cocok dengan kondisi jaringan.

b. Regulator, untuk pengaturan daya tumpuk kapasitor ( capasitor bank ) secara otomatis.

c. Kontaktor, untuk switching kapasitor.

d. Pemutus tenaga, untuk proteksi tumpuk kapasitor. Berikut ini, menunjukkan langkah dalam kapasitor : a. Menghitung daya reaktif ( Qc ) yang diperlukan :

Jika : Qc/Sn < 15%, maka digunakan kompensasi tetap Jika : Qc/Sn 15%, maka digunakan kompensasi otomatis b. Melihat pengaruh harmonic

Jika : Gh/Sn > 15%, maka digunakan kapasitor standar

(13)

SURABAYA

Kode Revisi: Page: 13 Jika : 25% < Gh/Sn <60%, maka digunakan kapasitor jenis H – range dan filter harmonic.

Jika : Gh/Sn > 60%, maka digunakan kapasitor khusus 2.6.2 Cara menentukan daya reaktif

Ada beberapa cara yang dipergunakan untuk menentukan daya reaktif ( Qc )

1. Metode sederhana

Metode ini digunakan agar dengan cepat bias menentukan Qc. Angka yang harus diingat 0,84 untuk setiap kW beban. Yaitu diambil dari :

Perkiraan rata – rata factor daya suatu instalasi : 0,65 Factor daya yang diinginkan : 0,95

Maka dari table cos didapat angka : 0,85 CONTOH :

Untuk menghindari denda PLN suatu instalansi dengan beban 10 kW memerlukan daya reaktif ( Qc) sebesar = 0,84 x 10 kW = 84 kvar

2. Metode kwintasi PLN

Metode ini memerlukan data dari kwintasi PLN selama satu periode ( misalnya 1 tahun ). Kemudian data perhitungan diambil dari pembayaran denda kvarh yang tertinggi. Data lain yang diperlukan adalah jumlah waktu pemakaian.

CONTOH :

Suatu pabrik yang beroperasi 8 jam/hari, membayar denda pemakaian kvarh tertinggi pada tahun yang lalu untuk 63504 kvarh. Maka diperlukan kapasitor bank dengan daya :

Qc = k var h ( tertinggi ) = 63504 . = 265 kvar Waktu pemakaian 8 jam x 30hari/bulan

(14)

SURABAYA

3. Metode cos

Metode ini menggunakan table cos ( lampiran ). Data yang diperlukan adalah :

 Daya beban total dan factor daya ( cos ).

CONTOH :

Sebuah instalansi pabrik memiliki factor daya : 0,70 untuk beban pucak 600 kW. Untuk meningkatkan factor daya menjadi 0,93 diperlukan daya kapasitor sebesar :

Dari table didapat angka 0,62

Maka daya reaktif yang diperlukan = 0,62 x 600 kW = 372 kvar

Jika tidak memiliki daya untuk daya beban, dapat juga dihitung menggunakan rumus : Daya beban = V x I X cos x √ , dengan :

V = tegangan jaringan/instalasi I = arus jaringan/instalasi

cos = factor daya jaringan/instalasi

4. Dengan cara perhitungan teori umum

dengan menggunakan bentuk diagram phusor maka daya listrik arus bolak – balik dapat digambarkan seperti berikut ini :

Diagram phusor daya

Sebelum dan sesudah ada perubahan cos

S1

S2 QL

P

(15)

SURABAYA

Kode Revisi: Page: 15 tg φ1 = Ql P Ql = P x tg φ1 tg φ1 = Ql – Qc P Ql – Qc = Px tg φ2 Qc = P(tg φ1- tg φ2) Qc = U x Ic Qc = U x U Xc Qc = U 2 Xc Qc = U 2 1 2Πfc Qc = U 2 x 2πfc C = Qc 2πfc x U 2

III. PERALATAN DAN KOMPONEN

Komponen dan peralatan yang di pakai dalam percobaan ini adalah sebagai berikut :  KOMPONEN

NO Nama Spesifikasi jumlah keterangan

1. MCB 3 P, 32 A 1 buah ABB

1 P, 6 A 1 buah ABB

2. kontaktor 3 P, 25 A, coil 220V, 50 Hz 3 buah Telemecanicue 3 P, 25 A, coil 220V, 50 Hz 3 buah FUJI

3. Auxiliary contact 1 NO, 1 NC 3 buah Telemecanicue

(16)

SURABAYA

4. termal overload 1 buah Telemecanicue

5. push button NC (stop) 6 buah Telemecanicue

NO (start) 6 buah Telemecanicue

6. Indicator lamp Merah 1 buah Demex

Kuning 7 buah Demex

Hijau 7 buah Demex

7. VSS 20A/300V AC 1 buah camsco

8. voltmeter AC 500V 3 buah CIC

9. amperemeter 50A 3 buah H & G

10. CT 50/5A 4 buah H & G

11. Hz 53, 220V 1 buah H & G

12. terminal block Krem 8 buah LEGRAND

13. bus bar Cu 110x 15x 3 2,5 m

14. CABLE SCHOON 2,5 mmsq 2 pak

15. Isolator bus-bar 110x 15x 3 8 buah

16. Spiral cable 1 pak

17. kabel NYY 1,5 mm2 40 m ETERNA

NYY 2,5 mm2 20 m ETERNA

NYY 4 mm2 25 m ETERNA

NYY 6 mm2 21 m ETERNA

18. Baut+ mur M3,M4 4 pak

19. Box panel 180x 60x 50 1 buah

20. Cos θ 3 phasa,.../5A,ICT 1 buah CIC

21. Capasitor 10 Μf, 380/440 V 18 buah MC

_PERALATAN

No Nama Spesifikasi Jumlah Keterangan

1 tang potong 1 bh MEKANIK

2. tang kombinasi 1 bh MEKANIK

3. Tang cable schoon 1 bh MEKANIK

4. Tang kerucut 1 bh MEKANIK

5. Pisau potong (cutter) 1 bh MEKANIK

6. Obeng 1 bh MEKANIK

7. Kikir 1 bh MEKANIK

8. Kunci inggris 1 bh MEKANIK

9. Mata bor M5 1 bh MEKANIK

M2 1 bh MEKANIK

10. Palu 1 bh MEKANIK

11 Cable roll 15 m 1 bh MEKANIK

(17)

SURABAYA

13. Penggores 1 bh MEKANIK

14. Penggaris 1 bh MEKANIK

15. Solder 220 V/40 W 1 bh MEKANIK

16. Hand bor 220 V/300 W 1 bh MEKANIK

17. Multitester 1 bh MEKANIK

18. Insulation 1 bh MEKANIK

19. Tespen 1 bh MEKANIK

20. Clamp tester 1 bh MEKANIK

21 Digital Clamp Ampere Kyoritsu 2007 A 1 bh 400 V AC 400 A AC Catatan :

# ada 6 buah meja praktikum dan praktikum biasanya dilaksanakan secara parallel per percobaan

# daftar jumlah peralalatan tersebut di atas untuk 1 meja praktikum.

D. RANGKAIAN PERCOBAAN

Gambar pelengkap panel capasitor bank : 1. gambar rangkaian control

(18)

SURABAYA

V. PROSEDUR KERJA

Langkah- Langkah percobaan :

1. lakukan pengawatan pada panel untuk system crane holst panel stater sesuai dengan diagram rangkaian daya dan diagram rangkaian control yang telah di berikan dalam buku praktikum.

2. periksakan pada instruktur apakah pengawatan pada panel yang saudara telah lakukan dengan benar, aman, sesuai aturan sebelum dihubungkan ke sumber tegangan, termasuk sambungan ke beban yaitu motor pengawatan tersebut. 3. setelah yakin betul, maka masukkan sumber tegangan listrik untuk test

(19)

SURABAYA

VI. TABEL HASIL PERCOBAAN

Pengukuran tanpa tegangan

Pengujian ADA TIDAK ADA

1. hubung singkat : a. phasa dengan phasa :

LI-L2 L1-L3 L1-L3

b.phasa dengan netral : LI-N

L1-N L1-N

c.phasa dengan proteksi pentanahan : LI-PE

L1-PE L1-PE

Pengetesan rankaian control dengan tegangan :

Pengujian

Keterangan

S on S off Lampu indikator

bekerja Tidak bekerja tidak menyala tidak Step 1 Step 2 Step 3 Step 4 Step 5 Step 6

(20)

SURABAYA

Step Ul-l I(A) Cosθ Keterangan

L1 L2 L3 0 380 V 1 2 3 4 5 6

Kenaikan besar Cos θ tiap perstepnya :

STEP Cos θ Kenaiakan KVAR

0 1 2 3 4 5 6

G. PERTANYAAN DAN TUGAS

1. Apakah yang dimaksud factor daya / cos θ ?

2. Bilamanakah pemakaian capasitor bank di perlukan ?

3. Ada berapa macam carakah perhitungan perbaikan factor daya ? sebutkan dan jelaskan!

(21)

SURABAYA

H. DAFTAR PUSTAKA

1.Hadi , Abdul. 1994. SISTEM DISTRIBUSI DAYA LISTRIK.jakarta; Erlangga.

2.Kadir,Abdul.2000.DISTRIBUSI DAN UTILASI TENAGA LISTRIK.Jakarta; universitas Indonesia

3. walkins, J.A.2004.PERHITUNGAN INSTALASI LISTRIK(VOLUME 2).Jakarta; Erlangga 4.Walkins,J.A.2004,PERHITUNGANASI LISTRIK(VOLUME 3).Jakarta ;Erlangga

5.zuhal.1990.DASAR TENAGA TEKNIK TENAGA LISTRIK DANN ELECTRONIC

(22)

SURABAYA

JAWAB

1. Faktor daya adalah perbandingan antara daya nyata(P) dan daya semu. 2. Bila faktor daya kurang dari 0,85.

3. Ada 4 yaitu:

1. Metode sederhana yaitu dengan mengingat 0,84 untuk setiap kW beban. 2. Metode kwitansi PLN yaitu dengan melihat kwitansi PLN selama periode

tertentu, misal 1 tahun.

3. Metode cos θ yaitu dengan menggunakan tabel cos θ dengan data yang diperlukan adalah daya beban total dan factor daya.