Beban Listrik

MODUL 13

TEKNIK INSTALASI

dosen : Mustari Lamma

Kelas karyawan fakultas teknologi industri

universitas mercu buana

10. Kapasitor sebagai sumber daya reaktif 10.1. P e n d a h u l u a n Peralatan-peralatan dalam sisitem tenaga listrik yang dapat berfungsi sebagai sumber daya reaktif, antara laian : a. Motor sinkron Mesin ini dapat dijalankan pada faktor daya yang tinggi dan biasanya digunakan untuk memperbaiki faktor daya, faktor daya dibuat mendahului fase dan mengimbangi ketinggian fase dari mesin-mesin lainnya. b. Kapasitor Yang dimaksud dengan kapsitor adalah kapsitir tenaga dari jenis kapasitor untuk arus bolak balik, kapasitor ini bekerja berdasarkan pada prinsip arus meninggalkan tegangan sebesar 90o, kapasitor akan menghasilkan daya reaktif apabila dihubungkan dengan listrik. Sehubungan dengan tidak adanya bagianbgaian bergerak, instalasi dan pemeliharaan termasuk sederhana. Keuntungan lain adalah kapasitor dan ruang kerja yang diperlukan sedikit, peralatan ini dapat dipasang pada ruang penyangga atau dinding. c. Alat Penunjuk fase (Phase Advancer) Alat penunjuk fase adalah untuk memanipulasi sudut fase agar menghasilkan peningkatan faktor daya. Dari ketiga hal yang telah diuraikan diatas, maka kapasitor mempunyai fungsi sebagai pembangkit daya reaktif untuk memperbaiki faktor daya yang rendah serta mengkompensasi jatuh tegangan (voltage drop). Dalam rangkaian listrik terdapat 3 (tiga) macam karakteristik beban listrik, yaitu : beban resistif, beban induktif dan beban kapasitif.

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB

Ir. Mustari Lama M.Sc.

TEKNIK INSTALASI

2

Pada gambar berikut dapat dilihat hubungan antara daya aktif, daya semu dan daya reaktif.

Gambar 10.1. Hubungan antara daya aktif, daya semu dan daya reaktif

Faktor Daya :

Cos φ =

kW kVA

kVAr = kVA x Sin φ dimana : kW

: Daya aktif

kVA

: Daya semu

kVAr

: Daya reaktif

10.2. Prinsip perbaikan faktor daya

Besar kecilnya faktos daya berhubungan erat dengan kebutuhan beban akan daya reaktif, hal ini dapat dilihat pada gambar 9.2. berikut :

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB

Ir. Mustari Lama M.Sc.

TEKNIK INSTALASI

3

Gambar 10.2. Hubungan antara daya aktif dan daya reaktif dalam satuan PU

Dari gambar diatas terlihat bahwa makin besar sudut beban, makin besar pula daya reaktif yang dibutuhkan untuk suatu beban tertentu, sehingga apabila terdapat beban induktif, maka untuk memperbaiki faktor dayanya dibutuhkan daya reaktif kapasitif untuk mengkompensir daya reaktif induktif.

10.3. Akibat rendahnya faktor daya Dengan menyadari bahwa sustu faktor daya yang rendah dapat menyebabkan tegangan dan arus berlawanan fase sehingga perkaliannya tidak menghasilkan daya dalam watt tetapi dalam volt-amper dan dapat mengakibatkan kerugian-kerugian yang tidak diinginkan. Adapun kerugian-kerugian yang dimaksud adalah : a. Jatuh tegangan b. Regulasi tegangan buruk c. Generator bekerja pada KVA yang tinggi.

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB

Ir. Mustari Lama M.Sc.

TEKNIK INSTALASI

4

10.4. Pengurangan Kebutuhan kVA

Salah satu hal yang dapat dilakukan untuk menambahkan daya reaktif

dengan

menggunakan kapasitor adalah untuk pengurangan kebutuhan kVA yang maksimum untuk kW yang sama, dari gambar dibawah ini terlihat besarnya pengurangan kVA tersebut.

Gambar 10.3. Vektor Diagram untuk pengurangan kebutuhan kVA

Dimana : P = Pengurangan kebutuhan kVA dinyatakan dalam PU dari kVA Mula-mula A = PQ = kVA awal sebelum perbaikan faktor daya B = PR = kVA setelah perbaikan faktor daya Dari 9.3 diperoleh :

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB

PQ =

PS Cosϕ1

PR =

PS Cosϕ 2

Ir. Mustari Lama M.Sc.

TEKNIK INSTALASI

5

maka persamaan menjadi :

ΔP =

PS PS Cosϕ 2 Cosϕ1

10.5. Pelepasan kapasitas Thermis

Pada tiap kapasitor shunt yang dipasang pada jepitan beban dari sebuah sal;uran yang mensupplay beban akan mengalami pelepasan Thermis. Thermal C (Capacity) adalah beban kVA yang dapat ditambahkan akibat perbaikan faktor daya atau akibat penambahan daya reaktif pada sistem tenaga. Keterangan gambar : TC

: Pelepasan kapasitas thermis

Cos φ1 : Faktor daya awal Cos φ2 : Faktor daya setelah ada penambahan kapasitas Cos φ3 : Faktor daya setelah penambahan TC BC

=

OF

= Besar rating kapasitor (kVAr)

OB

=

kVA awal

OA

= kW awal

Gambar 10.4. Diagram vektor pelepasan kapasitas thermis

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB

Ir. Mustari Lama M.Sc.

TEKNIK INSTALASI

6

Diasumsikan penambahan TC pada daya yang sama dengan faktor daya setelah penambahan kapasitor shunt.

OC + TC = OE Besarnya TC adalah :

CkVAr TC = kVA . -------------kVAr 10.6. Kapasitor shunt sebagai sumber daya reaktif Kapasitor akan menghasilkan daya reaktif apabila dihubungkan dengan jaringan listrik. Dengan pemasangan kapasitir ini, maka akan dapat mengkompensasi arus induktif yang banyak dibutuhkan oleh beban yang faktor dayanya rendah. Kapasitor tegangn rendah dipasang pada sistem saluran distribusi masing-masing atau motor-motor para pelanggang untuk mengurangi kerugian sistem dan memperbaiki tegangan maupun kemampuan sistem. Sebagai keuntungan tambahan bagi konsumen antara lain turunnya kVA yang dibutuhkan, kerugian daya, dan tegangan yang stabil. Ada 2 (dua) macam kapasitor dalam sistem tenaga listrik yaitu kapasitor seri dan kapasitor paralel atau shunt. Kapasitor seri dan kapasitor shunt pada sistem daya menimbulkan daya reaktif untuk memperbaiki faktor daya dan tegangan. Dalam kapasitor seri daya reaktif sebanding dengan kuadrat tegangan. Ada beberapa aspek tertentu yang tidak menyenangkan pada kapasitor seri, secara umum dapat dikatakan biaya untuk memasang kapasitor seri jauh lebih tinggi dari biaya pemasangan kapasitor shunt. Hal ini disebabkan karena peralatan pelindung untuk kapasitor seri sering lebih kompleks dan juga biasanya kapasitor seri didisain untuk daya yang lebih besar dari pada kapasitor shunt, ada beberapa faktor yang mempengaruhi kapasitor seri dan kapasitor shunt yang dapat dilihat sebagai berikut :

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB

Ir. Mustari Lama M.Sc.

TEKNIK INSTALASI

7

Kapasitor seri memberikan perbaikan faktor daya karena melesetnya komponen tegangan dari pase-pasenya, berbeda dengan kapasitor shunt yang perbaikan faktor dayanya karena melesetnya komponen-komponen arus dari fase-fasenya. Kapasitor shunt adalah semata-mata suatu reaktansi kapasitif dalam hubungan paralel dengan beban atau sistem dan pada dasarnya adalah untuk perbaikan faktor daya.

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB

Ir. Mustari Lama M.Sc.

TEKNIK INSTALASI

8

Gambar 10.5. Kapasitor shunt dan kapasitor seri

10. Kapasitor sebagai sumber daya reaktif 10.1. P e n d a h u l u a n Peralatan-peralatan dalam sisitem tenaga listrik yang dapat berfungsi sebagai sumber daya reaktif, antara laian : d. Motor sinkron Mesin ini dapat dijalankan pada faktor daya yang tinggi dan biasanya digunakan untuk memperbaiki faktor daya, faktor daya dibuat mendahului fase dan mengimbangi ketinggian fase dari mesin-mesin lainnya. e. Kapasitor Yang dimaksud dengan kapsitor adalah kapsitir tenaga dari jenis kapasitor untuk arus bolak balik, kapasitor ini bekerja berdasarkan pada prinsip arus meninggalkan tegangan sebesar 90o, kapasitor akan menghasilkan daya reaktif

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB

Ir. Mustari Lama M.Sc.

TEKNIK INSTALASI

9

apabila dihubungkan dengan listrik. Sehubungan dengan tidak adanya bagianbgaian bergerak, instalasi dan pemeliharaan termasuk sederhana. Keuntungan lain adalah kapasitor dan ruang kerja yang diperlukan sedikit, peralatan ini dapat dipasang pada ruang penyangga atau dinding. f.

Alat Penunjuk fase (Phase Advancer) Alat penunjuk fase adalah untuk memanipulasi sudut fase agar menghasilkan peningkatan faktor daya.

Dari ketiga hal yang telah diuraikan diatas, maka kapasitor mempunyai fungsi sebagai pembangkit daya reaktif untuk memperbaiki faktor daya yang rendah serta mengkompensasi jatuh tegangan (voltage drop). Dalam rangkaian listrik terdapat 3 (tiga) macam karakteristik beban listrik, yaitu : beban resistif, beban induktif dan beban kapasitif. Pada gambar berikut dapat dilihat hubungan antara daya aktif, daya semu dan daya reaktif.

Gambar 10.1. Hubungan antara daya aktif, daya semu dan daya reaktif

Faktor Daya :

Cos φ =

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB

kW kVA

Ir. Mustari Lama M.Sc.

TEKNIK INSTALASI

10

kVAr = kVA x Sin φ dimana : kW

: Daya aktif

kVA

: Daya semu

kVAr

: Daya reaktif

10.2. Prinsip perbaikan faktor daya Besar kecilnya faktos daya berhubungan erat dengan kebutuhan beban akan daya reaktif, hal ini dapat dilihat pada gambar 9.2. berikut :

Gambar 10.2. Hubungan antara daya aktif dan daya reaktif dalam satuan PU

Dari gambar diatas terlihat bahwa makin besar sudut beban, makin besar pula daya reaktif yang dibutuhkan untuk suatu beban tertentu, sehingga apabila terdapat beban induktif, maka untuk memperbaiki faktor dayanya dibutuhkan daya reaktif kapasitif untuk mengkompensir daya reaktif induktif.

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB

Ir. Mustari Lama M.Sc.

TEKNIK INSTALASI

11

10.3. Akibat rendahnya faktor daya

Dengan menyadari bahwa sustu faktor daya yang rendah dapat menyebabkan tegangan dan arus berlawanan fase sehingga perkaliannya tidak menghasilkan daya dalam watt tetapi dalam volt-amper dan dapat mengakibatkan kerugian-kerugian yang tidak diinginkan. Adapun kerugian-kerugian yang dimaksud adalah : d. Jatuh tegangan e. Regulasi tegangan buruk f.

Generator bekerja pada KVA yang tinggi.

10.4. Pengurangan Kebutuhan kVA

Salah satu hal yang dapat dilakukan untuk menambahkan daya reaktif

dengan

menggunakan kapasitor adalah untuk pengurangan kebutuhan kVA yang maksimum untuk kW yang sama, dari gambar dibawah ini terlihat besarnya pengurangan kVA tersebut.

Gambar 10.3. Vektor Diagram untuk pengurangan kebutuhan kVA

Dimana : P = Pengurangan kebutuhan kVA dinyatakan dalam PU dari kVA Mula-mula A = PQ = kVA awal sebelum perbaikan faktor daya

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB

Ir. Mustari Lama M.Sc.

TEKNIK INSTALASI

12

B = PR = kVA setelah perbaikan faktor daya Dari 9.3 diperoleh :

PQ =

PS Cosϕ1

PR =

PS Cosϕ 2

maka persamaan menjadi :

ΔP =

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB

PS PS Cosϕ 2 Cosϕ1

Ir. Mustari Lama M.Sc.

TEKNIK INSTALASI

13