DASAR TEORI Kapasitor DAYA

2.1 Kapasitor Bank

2.1.1 Pengertian Kapasitor Bank

Kapasitor merupakan komponen yang hanya dapat menyimpan dan

memberikan energi yang terbatas sesuai dengan kapsitasnya. Pada dasarnya

kapasitor tersusun oleh dua keping sejajar yang disebut electrodes yang

dipisahkan oleh suatu ruangan yang disebut dielectric yang pada saat diberi

tegangan akan menyimpan energi.

Dalam sistem tenaga listrik kapasitor sering digunakan untuk memperbaiki

tegangan jaringan dan untuk menyuplai daya reaktif ke beban yang berfungsi

untuk memperbaiki nilai faktor daya dari sistem. Dalam perbaikan faktor daya

kapasitor-kapasitor dirangkai dalam suatu panel yang disebut capacitor bank.

Gambar 2. 1 Kapasitor – kapasitor yang dihubungkan bintang dan delta.

Kapasitor-kapasitor untuk perbaikan faktor daya dapat dihubungkan

bintang atau delta dengan jaringan (gambar 2.1). Tahanan-tahanan dalam diagram

gambar dimaksudkan untuk menekan arus-arus yang timbul pada saat kapasitor

tersebut dihubungkan atau diputuskan. Kapasitansi kapasitor yang diperlukan

untuk hubungan delta tiga kali lebih kecil, karena itu kapasitor untuk perbaikan

faktor daya hampir selalu dihubungkan delta.

1

Kapasitor itu sendiri merupakan komponen yang penting karena

mempunyai sifat-sifat :

- Dapat menyimpan muatan listrik dalam waktu yang tidak tertentu.

- Dapat menahan arus searah (DC)

- Dapat melewatkan arus bolak-balik (AC)

Gambar 2. 2 Simbol kapasitor

Kapasitor terdiri dari dua buah pelat konduktor yang sejajar dan

dipisahkan oleh suatu bahan dielektrika. Muatan didalam kedua pelat tersebut

didistribusikan secara merata keseluruh permukaan pelat. Fungsi dari bahan

dielektrika itu adalah :

- Untuk memisahkan kedua pelat secara mekanis sehingga walaupun jaraknya

sangat dekat tetapi satu sama lain tidak saling berhubungan.

- Untuk memperbesar kemampuan kedua pelat didalam menerima tegangan.

- Untuk memperbesar nilai kapasitansi.

Dua kapasitor dapat dihubungkan secara paralel atau dan secara seri seperti

gambar berikut ini :

Gambar 2. 3 Hubungan kapasitor(a) paralel, (b) seri

2

2.1.2 Prinsip Kapasitor

Ada dua hal yang harus diperhatikan pada kapasitor, yaitu pada saat

pengisisan dan pengosongan muatan pada kapasitor. Untuk menyelidiki pengaruh

yang terjadi pada saat-saat tersebut dapat kita gunakan rangkaian sebagai berikut :

Gambar 2. 4 Rangkaian pengisian dan pengosongan kapasitor

Dalam pengisian (saklar pada posisi 1) elektron ditarik dari pelat atas oleh

baterai sehingga menghasilkan sejumlah muatan positif pada pelat atas dan

muatan negatif pada pelat bawah. Transfer elektron berlanjut sampai potensial

pada kapasitor sama dengan ggl (E) terpasang. Arus dalam rangkaian ditentukan

oleh banyaknya muatan yang melalui luas penampang kawat dalam periode

waktu. Tegangan vc dapat ditentukan dengan :

Vc(t) = E (1 – e-1/RC) Pers. 2.1

dan

VR(1) = E.e-t/T Pers. 2.2

Tegangan VR dan arus Ic akan mencapai nol pada saat yang sama dan Vc

mencapai E. Sesudah tegangan kapasitor mencapai tegangan input E, kapasitor

telah terisi penuh. Seperti yang diperlihatkan pada gambar 2.4 kapasitor akan

menahan muatannya selama periode waktu yang ditentukan oleh kebocoran

arusnya. Kemudian jika saklar dipindah ke posisi 2,

3

Gambar 2. 5 Pengisian kapasitor

Untuk kapasitor elektrolit, arus bocornya sangat tinggi, kapasitor ini akan

mengosongkan muatannya lebih cepat seperti yang diperlihatkan pada gambar 2.5

Apabila saklar dipindah pada posisi 3, kapasitor memasuki fase pengosongan

seperti yang diperlihatkan pada gambar 2.6

Gambar 2. 6 Pengosongan kapasitor

Elektron pada pelat negatif menuju pelat positif saat saklar ditutup.

Kapasitor bekerja sebagai sumber ggl sampai kosong (nol). Pernyataan matematik

untuk arus Ic dan tegangan Vc dan VR yaitu :

Vc(t) = E.e-t/T pengosongan Pers.2.3

Ic(t) = = Vc(t) pengosongan Pers.2.4.

VR(t) = E.e-t T = Vc(t) pengosongan Pers.2.5.

Pengosongan lengkap terjadi pada lima konstanta waktu. Jika saklar

gambar 2.6 dipindah posisinya setiap lima konstanta waktu, bentuk gelombang

untuk arus Ic dan tegangan Vc dan VR seperti yang diperlihatkan pada gambar 2.7

berikut :

4

Gambar 2. 7 Pengisian, penyimpanan, pengosongan dan seterusnya.

2.1.3 Kapasitor Paralel Dalam Sistem

Pemasangan kapasitor paralel dalam sistem sangat penting sebagai

pengadaan daya reaktif dari sebuah sistem daya. Jelas bahwa saluran transmisi

akan paling ekonomis bila dipakai mengirim daya aktif saja dimana kebutuhan

daya reaktif beban didapat dalam sistem di konsumen atau kebanyakan pada

tingkat substasiun. Hal ini akan memungkinkan penggunaan optimum saluran

transmisi, memperbaiki operasionalnya dan mengurangi kerugian energi. Hal ini

juga membutuhkan sistem dan perencanaan yang sangat hati-hati untuk memenuhi

kebutuhan daya reaktif sistem, perencanaan daya aktif dan deprogram kapasitas

generator tambahan.

Kapasitor-kapasitor dalam sistem disusun dalam bentuk rangkaian

penyimpan dan dapat dihubungkan bintang dan delta. Rangkaian penyimpan yang

dihubungkan secara delta dipakai hanya satu bagian seri setiap fasa. Untuk

tegangan lebih dipakai sambungan bintang, dimana rangkauan penyimpan

sambungan bintang pada umumnya netral kapsitor hanya ditanahkan bila sistem

atau transformator substasium ditanahkan secara efektif.

5

2.1.4 Kapasitor Paralel Tegangan Tinggi

Tipe pada kapasitor ada yang dapat di switch dan ada yang tidak,

tergantung pada pembebanan minimum, tegangan maksimum dan keadaan saluran

catu dan substasiun. Untuk kapasitor yang tidak dapat di suitch, gigi pemindah

dan reaktansi peredam dibutuhkan. Untuk kapasitor yang dapat di switch,

pemindahan dan peredaman lonjakan arus serta penekanan harmonisa

membutuhkan pertimbangan khusus. Pada kapasitor penyimpan tunggal dari

perhitungan arus lonjakan pada saat pemindahan dilihat dari reactor peredam

umumnya tidak dibutuhkan. Reaktansi sistem termasuk reaktansi transformator

tempat kapasitor penyimpan dipasang telah cukup untuk menurunkan arus

lonjakan dalam daerah yang aman bagi kapasitor atau roda pemindah. Meskipun

selang arus lonjakan terlalu kecil, dalam daerah beberapa gelombang saja

sehingga pengaruhnya dapat diabaikan. Bila sejumlah kapasitor penyimpana

dipakai secara paralel, mungkin diperlukan penggunaan reaktansi seri untuk

membatasi arus lonjakan. Ini karena kapasitor penyimpan tidak terhubung pada

saat yang sama.

Pada saat pemasangan, hubungan keadaan paling berat adalah pada saat

satu kapasitor penyimpan telah terhubung dan kapasitor kedua yang dihubungkan

dalam langkah untuk menutup. Kapasitor yang dihubungkan belakangan juga

mendapat catu daya energi yang tersimpan di rangkaian yang lain, karenanya arus

lonjakannya dapat melampaui batas aman.

Untuk kapasitor paralel yang telah diisi, arus lonjakan ditentukan oleh

pembuangan sesaat dari kapasitor yang telah diisi dan karena impedansi antara

kapasitor yang telah diisi dan kapasitor yang akan diisi mungkin kecil, dapat

mengakibatkan arus lonjakan puncak yang tingi. Publikasi IEC 70 untuk kapasitor

menyarankan agar arus lonjakan maksimum tidak lebih dari 100 kali batas arus

rms kapasitor.

6

2.1.5 Kapasitor Tegangan Rendah

a. Pemasangan

Kapasitor tegangan rednah dipasang pada sistem saluran distribusi masing-

masing atau motor-motor para langganan 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. Keuntungan optimum yang diinginkan dari

kapasitor banyak tergantung pada kedudukan kapasitor yang tepat dalam sistem.

Pelayanan ketiap-tiap langganan umumnya disukai karena alasan berikut :

a. Dapat diatur dengan roda pengatur yang mengatur motor.

b. Bila kapasitor-kapasitor dihubungkan pada sambungan motor tegangan

rendah, arus beban reaktif yang mengalir lewat saluran tegangan tinggi dan

rendah akan memperbaiki faktor daya di kedua ujung. Jadi kerugian daya di

saluran tegangan tinggi dan tegangan rendah juga akan berkurang.

c. Kapasitor langsung dihubungkan ke motor yang bekerja bila motor dipakai

dan dilepas secara otomatik.

d. Pemasangan kapasitor di substasiun atau saluran tegangan rendah

membutuhkan pengunaan suitch untuk menggunakan kapasitor pada perioda

waktu beban puncak dan melepas kapasitor saat beban rendah, ini

memerlukan pemindah yang mahal.

e. Dengan menggabungkan pelayanan tambahan yang merupakan pemasangan

kapasitor umumnya, maka tempat kapasitor harus selalu diubah-ubah untuk

mendapatkan hasil yang sebaik-baiknya.

a. Ukuran Kapasitor untuk Motor-motor

Ukuran kapasitor harus dibuat sedemikian rupa sehingga arus kapasitor

tidak melampaui arus beban motor pada tegangan normal. Kalau tidak, akan ada

tegangan tinggi bila mesin berhenti. Sesuai IS : 2834 – 1964 batas kapasitor yang

dihubungkan langsung dibatasi sampai dengan 90% kVAR magnit motor.

7

2.1.6 Kapasitas Kapasitor

Dengan pemberian suatu bahan dielektrika maka besarnya kapasitansi

akan beberapa kali lebih besar daripada kedua pelat tersebut hanya dipisahkan

oleh ruang hampa udara. Menurut SI, satuan untuk kapasitansi sering dinyatakan

dalam mikrofarad (1 μ F = 10-6 F) atau dalam pikofarad (1 pF = 10-12 F), besarnya

kapasitansi :

Pers.2.6

Dimana : Q = Muatan (Coloumb)

V = Tegangan (Volt)

C = Kapasitansi kapasitor (Farad)

Maka dengan menurunnya tegangan antara kedua pelat, kapasitansi akan

bertambah besar. Nilai kapasitansi dari suatu kapasitor adalah berbanding lurus

dengan permitivitas dari bahan dielektrika yang digunakan untuk memisahkan

kedua pelat itu. Faktor-faktor lain yang mempengaruhi besarnya nilai kapasitansi

suatu kapasitor adalah jarak antara kedua pelat dan luas penampang pelat tersebut.

Makin besar luas penampang pelat, berarti makin besar kemampuan untuk

menyimpan muatan listrik yang berarti pula makin besar kapasitansinya. Tetapi

sebaiknya bila jarak antara kedua pelat semakin jauh maka kapasitansinya akan

semakin kecil dari Pers. 2.6.1 rumus kapasitansi dapat dituliskan sebagai berikut :

C = Pers.2.7

Dimana :

Permitivitas ruang hampa 8,854 x 10-12 (F/m)

Permitivitas relatif dari bahan dielektrika

A = Luas penampang pelat (m2)

d = jarak antara kedua pelat (m)

2.1.7 Pemasangan Kapasitor Bank

Dalam pemasangan kapasitor bank diperlukan :

1.Main switch/load Break witch

8

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%=757Ampere 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 rumusI n = Qc / 3 . VLSebagai 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.

9

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.

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 ambein temperature 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

otomatic berhenti.

2.2 DAYA DAN FAKTOR DAYA

2.2.1 Daya dalam Rangkaian Listrik Arus Bolak Balik

Dalam rangkaian-rangkaian listrik, daya merupakan suatu besaran yang

penting. Pada umumnya, kegunaan suatu peralatan listrik berhubungan dengan

day keluaran yang dihasilkan. Hampir setiap daya listrik yang dibangkitkan

bentuk gelombangnya adalah gelombang sinusoida atau gabungan sinusoida.

Ukuran daya yang sangat penting, terutama untuk arus dan tegangan

berulang adalah daya rata-rata. Daya rata-rata ini sama dengan kecepatan rata-rata

10

tenaga yang diserap oleh suatu unsur tidak bergantung pada waktu. Dalam suatu

motor listrik, daya rata-rata yang diberikan kepada motor menentukan

keluarannya karena pengaruh roda gila pada motor tersebut memperhalus variasi

torsi yang berhubungan dengan daya sesaat yang diberikan pada katub-katubnya.

Gambar 2. 8 Rangkaian arus bolak-balikDengan arus dan tegangan yang berubah arah dua kali setiap daur, daya

yang diperoleh juga berubah menurut waktu. Lihat gambar rangkaian 2.8 dengan

tegangan bolak-balik.

Pers.2.8

V sama dengan nilai efektif tegangan, dikenakan pada suatu rangkaian dengan

impedansi setara sebesar :

Z < θ = R + jX Pers.2.9

Jika arus yang mengalir dalam rangkaian ini adalah :

/Sinωt Pers.2.10

Maka daya sesaat yang diberikan sumber tegangan pada rangkaian ini adalah :

P=vi = Pers.2.11

Gelombang tegangan arus dan daya diperlihatkan pada gambar berikut :

Gambar 2. 9Gelombang tegangan, arus dan daya yang dilukis terhadap sumbu waktu.

Daya rata-rata P yang diberikan pada rangkaian adalah :

11

P = V I Cos φ Pers.2.12

Bila daya diberikan pada suatu resistor, maka semuanya akan diubah menjadi

panas. Daya sesaat yang diserap resistor adalah :

PR = I VR = I (iR) Pers.2.13

Bila arus/ mengalir seperti yang diberikan oleh Pers. 3.1.3 maka :

PR = 212R Sin2ωt Pers.2.14

Hubungan antara fungsi waktu tegangan, arus dan daya dalam resistor diberikan

dalam gambar berikut :

Gambar 2. 10 Tegangan, arus yang sefasa dan daya hasilnya

Karena pers 3.1.7 akan sama dengan nol jika diambil rata-ratanya, maka daya

rata-rata rangkaian tersebut adalah :

P = I2R Pers.2.14

Dua unsur rangkaian lainnya, induktor dan kapasitor berpengaruh terhadap

daya sesaat tetapi tidak mempunyai andil dalam daya rata-ratanya. Jika arus yang

melalui sebuah inductor meningkat, maka tenaga yang diterima itu dipindahkan

dari angkaian tersebut menjadi medan magnet, tetapi tenaga itu akan

dikembalikan lagi ke rangkaiannya jika arus dalam rangkaian tersebut berkurang.

Demikian pula halnya, jika tegangan antara suatu kapasitor meningkat, maka

tenaganya akan dipindahkan dari rangkaian menjadi medan listrik dan akan

dikembalikan lagi ke rangkaian tersebut jika tegangannya berkurang. Hubungan

antara tegangan, arus dalam inductor diperlihatkan dalam gambar 2.11 dan

12

hubungan antara tegangan, arus dan daya dalam kapasitor diperlihatkan dalam

gambar 2.12 berikut ini :

Gambar 2. 11 Grafik fungsi terhadap waktu dari tegangan, arus yang tertinggal dari tegangan 900 dan daya yang dihasilkannya.

Gambar 2. 12 Grafik fungsi terhadap waktu dari tegangan, arus yang mendahului tegangan 900 dan daya yang dihasilkannya.

Daya rata-rata yang mengalir dalam kedua unsur reaktif ini sama dengan

nol. Daya dalam unsur reaktif menentukan kapasitas generator dan ukuran

komponen rangkaian lain yang menerima tenaga keluar masuk tersebut. Nilai

maksimum daya keluar masuk dalam unsur rangkaian reaktif yang didefenisikan

sebagai Q :

Q = I2X Pers 2.15

Daya tersebut juga disebut sebagai daya tanpa watt dan diukur dalam Volt

Ampere Reaktif.

13

2.2.2 Daya Kompleks

Jika suatu arus (I) mengalir dalam suatu rangkaian yang mengandung

sebuah resistenasi R dan sebuah reaktan X, seperti gambar 2.8 maka tenaga yang

berikan oleh sumber akan diubah menjadi panas dalam resistor tersebut dan

dipertukarkan antara sumber dengan medan dalam reaktansinya. Dalam sistem

arus bolak balik dikenal 3 jenis daya yaitu :

1. Daya Semu

Daya semu ini sering juga disebut dengan daya terpasang yaitu daya yang

diterima dari sumber arus bolak-balik untuk pemakaian daya listrik yang

diperlukan oleh suatu beban. Daya ini tidak semua dapat dimanfaatkan untuk

menghasilkan suatu beban. Daya ini tidak semua dapat dimanfaatkan untuk

menghasilkan suatu kerja nyata. Daya semu dinyatakan dengan symbol “S”

dengan satuan Volt Ampere atau (kVa), diukur tanpa memandang sifat

impedansinya.

S = V. I (VA) Pers.2.16

2. Daya Nyata

Daya nyata adalah daya listrik yang menghasilkan suatu kerja nyata. Nama

lain dari daya nyata adalah daya aktif dan diberi symbol ‘P” dengan satuan kilo

watt (kW). Pemakaian dari daya nyata ini akan terbaca pada alat kW meter dan

rumusnya dapat dilihat pada persamaan 2.12

3. Daya Reaktif

Daya reaktif dibagi atas dua bagian yaitu daya reaktif induktif dan daya

reaktif kapasitif. Pemakaian dari daya reaktif ini tidak terukur oleh kW meter.

Daya reaktif induktif adalah daya listrik yang digunakan untuk menimbulkan

medan magnit seperti pada motor induksi untuk proses konversi energi dan pada

transformator diperlukan medan magnet untuk perpindahan daya lustrik

(menginduksikan tegangan) dari sisiprimer ke sisi sekunder. Daya reaktif induktif

dibutuhkan oleh beban yang bersifat induktif.

Daya reaktif kapasitas adalah daya listrik yang dihasilkan oleh kapasitor,

dimana daya ini tidak menghasilkan kerja nyata. Daya reaktif diberi symbol “Q”

dengan satuan kilo Volt Ampere (kVAR).

Q = V . I Sin φ (kVAR) Pers.2.17

14

Daya S, P dan Q dapat digambarkan dalam suatu segitiga yang disebut

segitiga Daya.

Gambar 2. 13 Segitiga daya

Bentuk S = V.I, P = V.I Cos φ dan Q = V.I sin φ hanya menyatakan besar daya

dan tidak memperlihatkan hubungan satu sama lain.

S2 = P2 + Q2 S = Pers.2.18

Bentuk ini mengingatkan besar (harga mutlak) suatu bilangan kompleks

= b + jc A = Pers.2.19

Ini berarti Daya semu S dapat dinyatakan dalam bentuk kompleks

= P + jQ Pers.2.20

Daya kompleks S diperoleh dari persamaan

= I = konjugasi dari I Pers.2.21

Untuk sistem 3 fasa, besar daya S, P dan Q dinyatakan dengan :

S= VLL.ILL Pers.2.22

Atau S=3. Vph.Iph Pers.2.23

P= VLL.ILL.Cosφ Pers.2.24

Atau P=3.Vph.Iph.Cosφ Pers.2.25

Q= VLL.ILL.Sinφ Pers.2.26

Atau Q=3.Vph.Iph.Sinφ Pers.2.27

Dimana : VLL = Tegangan line ke line (Volt)

Vph = Tegangan phasa(volt)

ILL = Arus line (Ampere)

Iph = Arus phasa(Ampere)

Cos φ = Faktor daya

15

2.2.3 Faktor Daya

Pada umumnya beban-beban yang terpakai di industri adalah bersifat

induktif. Penambahan beban yang bersifat induktif lainnya akan menurunkan

faktor daya dari sistem tersebut.

Faktor daya adalah perbandingan antara daya nyata atau daya aktif (KW)

terhadap daya semu (KVA). Sehingga dengan demikian dapat dirumuskan sebagai

berikut :

Cos φ = Pers. 2.28

Faktor daya merupakan cosinus sudut antara gelombang tegangan dan

gelombang arus. Pada beban yang bersifat induktif (IL) faktor daya dalam keadaan

lagging (gelombang arus tertinggal terhadap gelombang tegangan). Sedangkan

pada beban yang bersifat kapasitif (Ic) factor daya dalam keadaan leading

(gelombang arus mendahului gelombang tegangan).

a. Penyebab Rendahnya Faktor Daya

Pada umumnya faktor daya rendah disebabkan oleh :

1. Banyak pemakai arus bolak-balik (AC) menggunakan motor induksi

sebagai penggerak utama yang bekerja pada faktor daya lagging dan ini

akan menambah laggingnya faktor daya.

2. Transformator-transformator yang mempunyai faktor daya yang sangat

rendah karena menghasilkan arus magnetisasi yang menyebabkan arus

totalnya menjadi tertinggal terhadap tegangan.

3. Penggunaan penyearah sebagai ganti pasangan motor generator untuk

mencatu daya arus searah (DC).

4. Pemakaian lampu tabung (neon) yang beroperasi pada daya rendah.

5. Alat-alat las busur listrik yang mempunyai factor daya rendah.

b. Kerugian Akibat Faktor Daya Rendah

Faktor daya yang rendah akan menimbulkan kerugian antara lain :

16

1. Pada faktor daya yang rendah, arus yang mengalir relatif besar yang

mengakibatkan rugi-rugi tegangan dan rugi-rugi daya/panas yang besar.

2. Arus yang relative besar akan menyebabkan kenaikan temperature

konduktor, hal ini akan menyebabkan umur peralatan menjadi berkurang.

3. Harus menggunakan kabel-kabel suplai dan aparatur yang lebih berat.

2.2.4 Perbaikan Faktor Daya

Besar kecilnya daya erat hubungannya dengan kebutuhan beban terhadap

daya reaktif. Daya reaktif yang dibutuhkan beban adalah bersifat induktif, dimana

fasa arus tertinggal terhadap fasa tegangan sumber. Semakin rendah faktor daya

berarti kebutuhan akan daya reaktif induktif beban akan semakin besar jika sudut

fasa antara arus semakin kecil.

Cara untuk memperbaiki faktor daya adalah dengan mengurangi daya

reaktif induktif. Untuk mengurangi komponen daya reaktif ini dapat dilakukan

dengan cara pemasangan daya reaktif kapasitif. Besarnya daya reaktif kapasitif

tergantung dari besarnya perbaikan faktor daya yang diinginkan. Faktor daya dari

setiap sistem dapat diperbaiki dengan menggunakan kapasitor yang dihubungkan

parallel dengan ebban yang umumnya bersifat induktif seperti motor induksi, alat

las dan sebagainya. Dengan faktor daya maksimum, rugi-rugi daya karena

resistansi saluran akan berkurang. Untuk memberikan daya yang sama besar

diperlukan arus yang lebih besar bila faktor daya maksimum lebih rendah

daripada faktor daya beban yang mempunyai faktor daya lebih tinggi. Perbaikan

faktor daya tersebut dikenal sebagai kompensasi fasa.

Prinsip Perbaikan Faktor Daya Dengan Kapasitor

Prinsip perbaikan faktor daya dapat dijelaskan pada gambar berikut :

17

Gambar 2. 14 Rangkaian dan Diagram Faktor

Keterangan gambar :

φ1 dan φ2 = sudut faktor daya sebelum dan sesudah perbaikan faktor daya.

I1 dan I2 =Arus beban sebelum dan sesudah perbaikan faktor daya.

S1 dan S2 = Daya semu beban sebelum dan sesudah eprbaikan faktor daya.

P = Daya aktif beban

Qc = Daya reaktif kapasitor

Diasumsikan daya aktif sebelum dan sesudah perbaikan faktor daya tetap.

a. Daya reaktif beban sebelum perbaikan faktor daya (Q1)

Q1 = P tan φ1 Pers.2.29

b. Daya reaktif beban sesudah perbaikan faktor daya (Q2)

Q2 = P tan φ2 Pers.2.30

Besar daya reaktif yang dikompensasikan atau diberikan kapasitor adalah :

Qc = Q1 – Q2 Pers.2.31

Qc = P (tan φ1 dan tan φ2) Pers.2.32

Besar kapasitansi kapasitor adalah :

Qc = Pers.2.33

Qc = V2 . 2πfC Pers.2.34

C = Pers.2.35

Keuntungan Perbaikan Faktor Daya

Keuntungan dari perbaikan faktor daya adalah sebagai berikut :

18

1. Mengurangi drop tegangan disisi beban.

2. Mengurangi komponen-komponen induktif arus jala-jala.

3. Dapat menghindari trafo kelebihan beban (overload), sehingga

memberikan tambahan daya yang tersedia.

4. Dapat menghindari kenaikan arus/ suhu pada kabel, sehingga mengurangi

rugi-rugi daya dalam sistem.

5. Memperbaiki pengaturan (regulasi) tegangan.

6. Meningkatkan kapasitor dalam alternator.

7. Kapasitas Kw dari penggerak mula (prime motor) menjadi lebih baik.

8. Efisiensi dari setiap sistem meningkat.

9. Biaya keseluruhan menjadi lebih murah.

2.2.5 Ukuran Kapasitor Untuk Perbaikan Faktor Daya

Menghitung Daya Reaktif dengan Tabel faktor daya (Cosφ)

Ada 3 (tiga) metode untuk menentukan daya reaktif (Qc) yang diperlukan yaitu :

1. Metode Sederhana

Metode ini digunakan agar dengan cepat bisa menentukan Qc. Angka yang

harus di ingat 0,94 untuk setiap kW beban :

Contoh soal :

Perkiraan rata-rata faktor daya suatu instalasi : 0,65

Faktor daya yang diinginkan : 0,95

Maka dari tabel cos φ didapat angka : 0,84

Untuk menghindari denda PLN suatu instalasi dengan beban 17 kW

memerlukan daya reaktif (Qc) sebesar = 0,84 x 17 kW = 14,28 Kvar

2. Metode Kwitansi PLN

Metode ini memerlukan data dari kwitansi PLN selama satu periode

(misalnya 1 tahun). Kemudian data penghitungan diambil dari pembayaran

denda kVARH yang tertinggi. Data lain yang diperlukan adalah jumlah

waktu pemakaian.

Qc = Pers.2.36

19

P = Pers.2.37

3. Metode cos φ

Metode ini menggunakan tabel cos φ (lihat pada lampiran 1). Data yang

diperlukan adalah daya beban total dari faktor daya (cos φ).

Jika tidak memiliki data untuk daya beban, dapat juga dihitung

menggunakan rumus :

Daya beban = Vx I Cos φ x dengan :

V = Tegangan jaringan/ instalasi

I = Arus jaringan/ instalasi

Cos φ = Faktor daya jaringan/ instalasi

4. Menghitung daya Reaktif dengan Nomogram

Perhitungan daya reaktif kapasitor yang dibutuhkan untuk memperbaiki

faktor daya dari Cosφd dipakai persamaan berikut :

kVAR = kW (tanφe – tanφd) Pers.2.38

Atau

kVAR = Kw x MF Pers.2.39

Dimana MF : Faktor pengali

Nomogram pada gambar 2.18 menyelesaikan persamaan diatas. Dengan

bantuan nomogram ini faktor pengali untuk setiap perbaikan faktor daya dapat

dibaca langsung. Daya reaktif kapasitor yang dibutuhkan untuk perbaikan ini akan

berupa faktor pengali dari kW seperti pada contoh berikut :

Kita butuh mendapatkan besarnya kasptor untuk memperbaiki faktor daya dari

beban 100 kW dari 65 % dan 85 %. Dalam gambar 2.18 penyetelan 65 % dan 85

% pada skala yang bersangkutan dan diperpanjang sampai skala faktor pengali

untuk mendapatkan faktor pengali 0,55. maka besar daya reaktif yang dibutuhkan

adalah 100 x 0,55 = 55,0.

20

Gambar 2. 15 Nomogram untuk menghitung faktor pengali yang dibutuhkan untuk menentukan kapasitor.

21