Koreksi Faktor Daya. PDF created with FinePrint pdffactory trial version

Transkripsi

1 Bab 10 Koreksi Faktor Daya

2 Apa yg dimaksud faktor daya arus listrik yang digunakan oleh hampir semua perlengkapan arus listrik bolak-balik dapat dibedakan menjadi dua bagian : q arus listrik yang dikonversikan sebagai kerja yg berguna, bila dihubungkan tegangan suplai,merepresentasikan daya dalam kilowatt yang sesungguhnya. q yg lainnya digunakan untuk mencatu sirkit magnetis pada beban-beban induktif, yg direpresentasikan sebagai nilai watt yg tidak berguna atau pemborosan arus. kombinasi kedua arus tersebut, bila dihubungkan ke tegangan suplai, merepresentasikan daya kva. Rasio daya rata-rata kw dan daya nyata kva disebut faktor daya. pada sirkit arus bolak-balik, beberapa gawai membutuhkan daya reaktif untuk beroperasi.

3 Apa yg dimaksud faktor daya ϕ P dlm kw S dlm kva Q dlmkvar It = Ia 2 + Ir 2 Ia = It cos ϕ Ir = It sin ϕ It : arus total Ia :arus aktif Ir : arus reaktif cos ϕ : faktor daya P : daya rata-rata, kw S : daya nyata, kva Q : daya reaktif, kvar cos ϕ : faktor daya

4 Penyebab faktor daya rendah or daya rendah yang umumnya lebih kecil dari 0.9, mplikasi terhadap konsumsi daya reaktif yg tinggi a gilirannya menyebabkan daya nyata (VA) yang up besar sehingga menyebabkan lonjakan tagihan ning listrik yang dilakukan oleh otoritas listrik N). Faktor daya bervariasi tergantung kepada gawai k yg disambungkan. Gawai listrik mengkonsumsi a reaktif yang berbeda-beda. or daya, atau cos ϕ, diekspresikan dengan nilai berkisar ra 0 dan 1.0 or daya 1.0 menunjukkan tanpa daya reaktif or daya lebih kecil dari 0.9 dianggap jelek h banyak beban reaktif pd sistem, faktor daya semakin ah. perlengkapan q pengoperasian motor asinkron pada umumnya q lampu pijar q lampu fluoresen q lampu discharge q tanur resistans listrik q tanur induksi q tanur pemanas dielektrik q mesin las resistans q unit las busur api stasioner fase tunggal q unit las busur api berputar q las busur api dgn trafo penyearah q tanur busur api 0% beban 25% beban 50% beban 75% beban 100% beban }

5 Mengapa faktor daya harus diperbaiki q Bila daya nyata tinggi yang tergabung dengan faktor daya rendah tidak dikurangi, maka seluruh jaringan listrik dari pusat pembangkit ke sub sirkit pabrik harus mampu membawa arus beban lebih besar daripada yang diperlukan. q untuk alasan ini, otoritas penyedia listrik memasukkan ketentuan tagihan yang berhubungan dengan besarnya operasi faktor daya yang tinggi pada komersial dan industri. q selain meningkatkan tagihan listrik, instalasi faktor daya rendah akan menyebabkan kenaikan suhu operasi, rugi-rugi, tegangan jatuh, dan efisiensi penggunaan energi listrik menjadi turun. fakto daya

6 Keuntungan koreksi faktor daya kapasitor daya Metode sangat sederhana perbaikan faktor daya yaitu dengan menambahkan kapasitor daya. Keuntungannya adalah: q kapasitor daya ini dapat dipasang pada motor induksi yang lebih murah dari jenis lain motor listrik, dan umumnya memiliki karakteristik lebih baik q oleh karena kapasitor tak memiliki bagian bergerak, maka tak membutuhkan perhatian dan perawatan khusus (daripada perangkat kendali) q tak membutuhkan fondasi struktur yang rumit q bila beban meningkat sbg contoh saat motor ditambah, kompensasi dapat dibawa ke tingkat yang diinginkan dengan menambahkan kapasitor lagi.,q bila rugi-rugi cukup kecil, maka penambahan kapasitor dapat diabaikan. q dengan menambahkan bank kapasitor reaktans ke instalasi, maka nilai induktans akan berkurang. Hal ini dikenal sebagai kompensasi faktor daya. ϕ 1 ϕ 2 S 1 dlm kva P dlm kw S 2 Q 2 S 1 = kva penambahan pfc S 2 = kva setelah pfc Q c = pfc bank ϕ 1 = faktor daya sblm pfc ϕ 2 = faktor daya stlh pfc Q C dlm kva

7 Kalkulasi kebutuhan daya kva yg tepat q aplikasi kapasitor pada jaringan akan mencapai sukses bila sebelumnya beban listrik dan faktor daya harus diketahui penuh, sehingga nilai nominal kapasitor total yang diperlukan untuk memperbaiki faktor daya dapat dihitung. q dengan mengetahui faktor daya yg akan dikoreksi dan yg telah dikoreksi, kita hanya mengacu pd tabel yg diberikan halaman berikut untuk mendapatkan nilai koefisien. cos ϕ 1 = 0.75 yg akan dikoreksi cos ϕ 2 = 0.93 setelah koreksi koefisien = (tan ϕ 1 tan ϕ 2 ) = q dengan mengalikan beban kw dari pada jaringan dengan suatu koefisien, kita dapatkan kvar yg dibutuhkan untuk mendapatkan koreksi faktor daya yg diinginkan. P = 255 kw ; koefisien= kvar = Q C = 255 x = 124 kvar ϕ 1 ϕ 2 S 1 dlm kva P dlm kw S 2 P = 255 kw S 1 = 340 kva S 2 = 274 kva cos ϕ 1 = 0.75 cos ϕ 2 = 0.93 Q c = 124 kvar Q Q dl

8 Kalkulasi kebutuhan daya kva yg tepat belum kapasitor kvar dibutuhkan per kw beban untuk mencapai nilai faktor daya berikut mpensasi cos O (atau tan O) n O cos O tan O cos O

9 Kalkulasi kebutuhan daya kva yg tepat lum kapasitor kvar dibutuhkan per kw beban untuk mencapai nilai faktor daya berikut pensasi cos O (atau tan O) O cos O tan O cos O

10 Penambahan kapasitor perbaikan pada lampu fluoresen =220VAC ϕ1 ϕ2 P ballast C=? Qc ϕ1 = sebelum perbaikan ϕ2 = setelah perbaikan Xc = (2.π.f.C) -1 neon=20w starter Contoh : Hitunglah besarnya kapasitor yang harus ditambahkan ke sebuah lampu fluoresen 20 W 220 VAC, 50 Hz dengan faktor daya 0,4; sehingga faktor dayanya terkoreksi menjadi 0,93 Penyelesaian : Diketahui : P = 20 W V = 220 VAC cos ϕ1 = 0,4 cos ϕ2 = 0,93 Dijawab : Dari tabel sebelumnya: (tan ϕ1 tan ϕ2) = 1,896 Qc = P. (tan ϕ1 tan ϕ2) = V 2 / X c P. (tan ϕ1 tan ϕ2) C = π.f.v ,896 39,816 = = , = 2,62 uf / 250 VAC

11 Nilai nominal kabel dan pemutus daya pada kapasitor Ketentuan : 1. nilai nominal kabel (KHA) harus 1,5 kali arus kapasitor, arus kapasitor ditentukan oleh : Ic = Qc/U ---> untuk fase tunggal Ic = Qc/(U 3) ---> untuk tiga fase 2. nilai nominal minimum pemutus daya 1,5 kali arus kapasitor 3. arus termal rele harus disetel pada 1,3 kali Ic 4. setelah mengetahui nilai arus nominal penghantar, maka langkah selanjutnya adalah memilih luas penampang penghantar.

12 Nilai nominal kabel dan pemutus daya pada kapasitor Contoh : Tentukan KHA penghantar, bila diketahui Qc = 124 kvar dan U = 400 volt. Jawab : Ic = = 179 A KHA = 1,5 x Ic = 1,5 x 179 = 268,5 A = 95 mm 2 di udara terbuka ---> lihat pada Bab 12, Ketentuan Pengawatan

13 Metoda penggunaan kapasitor pd jaringan TR perlengkapan koreksi faktor daya hanya memperbaiki faktor daya dari titik sambungan beban kapasitor hingga titik suplai pemasukkan. Tiga tipe utama kapasitor : q automatisasi banyak tingkat Dengan pengaturan ini, kapasitor disambungkan ke kontaktor yang dikendalikan oleh rele reaktif. Cara pengaturan seperti ini sering digunakan. Tingkat otomatisasi biasanya distep antara 25 sampai dengan 50 kvar, dan rele reaktif otomatis mengendali-kan faktor daya ke level yang diinginkan, sampai tertinggal 98. q single un-switched Cara ini digunakan dari beban kecil sampai dengan mendekati 60kW, dan tidak praktis menggunakan motor individu sbg kapasitor perbaikan, karena variasi sifat beban. Umumnya tidak praktis memasang kapasitor lebih besar dari 25 kvar. q perbaikan motor Dalam forum ini, perbaikan langsung diaplikasikan ke motor atau ke sumber lain dengan faktor daya yang rendah, yaitu dengan cara kapasitor disambungkan ke terminal suplai perlengkapan..

14 Di mana memasang kapasitor : kompensasi menyeluruh prinsip kapasitor dipasang pada panel utama TR dan menjamin kompensasi instalasi keseluruhan. catatan q arus reaktif (lr) masih tetap ada pd instalasi antar level 1 dan gawai beban. q rugi-rugi jaringan sebagai akibat efek Joule tidak berkurang, I 2 Rt (kwh) n 1 manfaat q menghilangkan denda akibat konsumsi daya reaktif yg berlebihan. q mengubah daya nyata kw yg dibutuhkan instalasi ke daya kva q mengurangi beban transformer TR (tersedia daya kw) q nilai nominal pemutus daya dikurangi. M M M M

15 Di mana memasang kapasitor : kompensasi kawasan prinsip q kapasitor dipasang pada kawasan panel distribusi yg terdiri dari beberapa kelompok beban per workshop dg daya reaktifnya. catatan q arus reaktif (lr) masih ada pd instalasi antara level 2 dan gawai beban. q rugi-rugi jaringan sebagai akibat efek Joule tidak berkurang (kwh) manfaat q menghilangkan denda akibat konsumsi daya reaktif yg berlebihan q mengoptimalkan bagian instalasi, i.e. arus reaktif tidak lagi muncul antara level 1 dan 2, q mengurangi beban transformer TR (tersedia daya kw) q nilai pemutus tenaga yg dibutuhkan pd sisi kapasitor berkurang. n 1 n 2 M M n 2 M M

16 Di mana memasang kapasitor : kompensasi individu prinsip q kapasitor langsung dipasang pada setiap beban induktif (kebanyakan motor) Kompensasi individu dilakukan bila daya motor tinggi dibandingkan daya instalasi. catatan q daya kapasitor kira-kira 25 % daya motor q sebagai pelengkap di dlm papan hubung utama bila dibutuhkan q arus reaktif tidak ada lagi pd instalasi. manfaat q menghilangkan denda akibat konsumsi daya reaktif yg berlebihan q mengurangi beban transformer TR (tersedia daya kw) q dimungkinkannya menggunakan luas penampang kabel lebih kecil. q rugi-rugi jaringan sebagai akibat efek Joule berkurang, I 2 Rt n 3 n 2 n 3 n 3 M M M n 1

17 Metoda pengaman kapasitor terhadap beban lebih Apabila kapasitor daya ditambahkan ke sebuah jaringan yang memiliki harmonik, maka level harmonik harus dianalisa terlebih dahulu, agar dapat diambil tindakan yang tepat. Ada tiga situasi yang diberikan. Bermacam-macam efek harmonik di sistem yang berbeda-beda menyebabkan kesulitan memprediksi apabila situasi berbahaya akan terjadi. Evaluasi teknis harus dilakukan untuk memperkirakan resiko yang bakal terjadi dan memilih teknik yang terbaik dan pilihan ekonomis. q q Psc > 240 R 120 < Psc R < > kapasitor normal ---> kapasitor dengan terisolasi lebih q Psc R < > kapasitor dengan reaktor anti harmonik q dimana R = jumlah aritmatik nilai nominal kva perlengkapan sebagai penghasil harmonik nilai nominal daya transformator Psc = nilai impedansi transformator misal: 1000 kva transformer, 4.75% impedansi 1000 x 100 Psc = 4.75 = kva ----> daya hubung singkat

18 Metoda pengaman kapasitor terhadap beban lebih bila kandunganharmonik rendah, maka gunakan kapasitor standar q solusi : kapasitor VARPLUS standard kandungan harmonik cukup tinggi, menyebabkan proses penuaan dini terhadap kapasitor standar. q solusi : kapasitor derated VARPLUS kandungan harmonik tinggi yg kemungkinan menyebabkan kapasitor derated rusak dan kemungkinan terjadinya amplifikasi harmonik sebagai akibat resonansi. q solusi : kapasitor bank rectiphase dg anti-harmonic q standar internasional terbaru (IEC 831 parts 1 & 2) menyatakan bahwa kapaisitor harus mampu tahan terhadap tegangan lebih permanen 10 % dan arus lebih terus-menerus 30 %. q apabila menggunakan derated capacitor untuk pengaman harmonik, maka nilai nominal tegangan harus dinaikkan sekurang-kurangnya 10%. engaman ini memberikan dua cara: )ketebalan dielektrika dinaikkan, dan kapasitor masih mampu menahan lebih besar tegangan beban lebih )kuat dielektrik dinaikkan dengan menggunakan material lebih tebal, sehingga keluaran kapasitor berkurang, menurunkan jumlah arus setiap elemen diminta untuk membawa q dgn menyambungkan sbh induktor secara seri ke setiap tingkat kapasitor, sirkit LC yang terbentuk dpt disetel ke frekwensi jauh dari frekwensi resonansi, dan jauh dari frekwensi menyebabkan harmonik. Cara ini mencegah penguatan level harmonik dan juga menghentikan arus harmonik yang mengalir dari kapasitor dan mencegah kondisi beban lebih.

19 Pengaruh harmonisa pada kapasitor q kapasitor pengkoreksi faktor daya mendapatkan daya reaktif cukup besar per unit volume dengan rugi-rugi cukup kecil, dan beroperasi pada level tegangan cukup tinggi. Alasan ini, walaupun IEC 831 menyatakan bahwa kapasitor harus mampu menahan tegangan lebih, operasi yang diperlama pada tegangan lebih harus dihindari untuk mencegah kerusakan dielektrika. q kapasitar pada frekwensi tinggi memiliki sifat resistansi cukup kecil terhadap arus, seperti hamonisa. Dengan demikian, frekwensi sangat tinggi mungkin kurang menyebabkan kerusakan cukup berarti pada kapasitor saat pembebanan VAr (efek panas, I 2 r) yang tersambung dengan kuatnya tegangan lebih sehingga menyebabkan banyak kerusakan pada dielektrika kapasitor dan ujung sambungan. q resonansi bahaya utama lainnya sehubungan dengan harmonisa dan kapasitor adalah kemungkinan efek resonansi. Ditetapkan sebagai penguatan getaran atau osilasi, resonansi mengacu ke penguatan harmonisa apabila diaplikasikan ke sistem listrik. q bila kapasitor ditambahkan ke sistem, maka akan q dalam keadaan normal menimbulkan lintasan impendansi rendah pd harmon transformator transformator I 5, I 7 I 5, I 7 H pembangkit harmonisa H I 5, I 7 etc perlengkapan perbaikan faktor daya

20 Soal-soal 1. Buktikan bahwa faktor daya yang jelek menyebabkan rugi-rugi jaringan bertambah besar! 2. Bila diketahui bahwa daya nominal trafo 500 kva, tegangan hubung singkat 4%, total daya yang disearahkan 50 kva. Tentukan: a. Daya hubung singkat, Psc, b. Tentukan golongan kapasitor, apakah standar, terisolasi lebih, atau dengan reaktor anti harmonik 3. Bila diketahui bahwa daya nominal trafo 1000 kva, tegangan hubung singkat 4%, total daya yang disearahkan 150 kva. Tentukan: a. Daya hubung singkat, Psc, b. Tentukan golongan kapasitor, apakah standar, terisolasi lebih, atau dengan reaktor anti harmonik 4. Bila diketahui bahwa daya nominal trafo 630 kva, tegangan hubung singkat 4%, total daya yang disearahkan 200 kva. Tentukan: a. Daya hubung singkat, Psc, b. Tentukan golongan kapasitor, apakah standar, terisolasi lebih, atau dengan reaktor anti harmonik 5. Bila diketahui kapasitor Varplus dengan spesifikasi 50 kvar, 440 V/50 Hz. Dapatkah kapasitor tersebut dipasangkan ke jaringan yang membutuhkan 50 kvar dengan tegangan nominal 400 V/50 Hz? Mengapa demikian?

21 Jawaban. S = (V.A) / cos ϕ Faktor daya jelek terjadi bila cos ϕ < 0,93 Bila cos ϕ semakin kecil, maka S semakin besar, dengan demikian: a. KHA penghantar yang dibutuhkan juga semakin besar b. beban tagihan rekening listrik juga semakin besar, karena rekening listrik dihitung per VAh. a. Psc = /0,04 = kva b. Scc/240 = 12500/240 = 52 kva Bila daya yang disearahkan adalah 50 kva, maka nilai ini lebih kecil dari nilai rasio Scc/240, dengan demikian digunakan solusi kesatu, yaitu kapasitor normal.. a. Psc = /0,04 = kva b. Scc/240 = /240 = 104 kva Scc/120 = /120 = 208 kva Bila daya yang disearahkan adalah 150 kva, maka nilai ini berada di antara nilai rasio Scc/240 dan Scc/120, dengan demikian digunakan solusi kedua, yaitu kapasitor terisolasi lebih.

22 Jawaban. a. Psc = /0,04 = kva b. Scc/120 = 15750/120 = 131 kva Bila daya yang disearahkan adalah 200 kva, maka nilai ini lebih besar dari nilai rasio Scc/120, dengan demikian digunakan solusi ketiga, yaitu kapasitor dengan reaktor anti harmonik.. Dapat, karena 50 kvar/440 V menunjukkan tegangan isolasi kapasitor, asalkan tegangan nominal jaringannya adalah 400 V. Konsekwensinya, semakin tinggi tegangan isolasi kapasitor yang dipasang, maka dari segi ekonomi harga kapasitor semakin mahal. Dengan demikian, apabila tegangan nominal jaringan adalah 400 V, maka harus dipilih tegangan isolasi kapasitor 400 V juga.

23 Akhir presentasi