BAB II DASAR TEORI. Sistem distribusi tenaga listrik umumnya dipasok dari pembangkit tenaga

Transkripsi

1 BAB II DASAR TEORI 2.1. Klasifikasi Tegangan Sistem distribusi tenaga listrik umumnya dipasok dari pembangkit tenaga listrik yang disalurkan melalui Saluran Udara Tegangan Tinggi (SUTT), bertegangan diatas Volt, yang diturunkan melalui unit transformator yang ditempatkan pada gardu-gardu listrik menjadi Tegangan Menengah (TM), yang bertegangan antara Volt dan Tegangan Rendah (TR), yang bertegangan dibawah Volt. Di Indonesia, konstruksi transmisi menggunakan kabel udara dan kabel tanah untuk tegangan rendah, tegangan menengah dan tegangan tinggi, dan menggunakan kabel udara untuk tegangan tinggi dan tegangan ekstra tinggi. Seperti tampak pada gambar 2.1. tenaga listrik yang dibangkitkan dari unit pembangkit disalurkan melalui suatu transmisi. Transmisi adalah proses penyaluran energi listrik dari satu tempat ke tempat lainnya, yang besaran tegangannya diklasifikasikan sebagai berikut: 6

2 Gambar 2.1. Ilustrasi Sistem Distribusi Tenaga Listrik Saluran Udara Tegangan Ekstra Tinggi (SUTET) kv. Transmisi tegangan tinggi seperti tampak pada gambar 2.2. berfungsi menyalurkan energi listrik dari satu gardu induk ke gardu induk lainnya, terdiri dari konduktor yang direntangkan antara tiang-tiang menara (tower) melalui isolator-isolator, dengan sistem tegangan tinggi yang bertujuan agar tegangan jatuh (drop voltage) dan penampang kawat dapat direduksi secara maksimal, sehingga diperoleh operasional yang efektif dan efisien. Pembangunan transmisi ini cukup efektif untuk jarak 100 km sampai dengan 500 km. Gambar 2.2. Menara transmisi listrik Permasalahan mendasar pembangunan SUTET adalah: 7

3 - Konstruksi tiang menara (tower) yang besar dan tinggi. - Memerlukan tapak tanah yang luas. - Memerlukan isolator yang banyak. - Pembangunannya membutuhkan biaya yang besar. Masalah lain yang timbul adalah masalah sosial, yang pada akhirnya berdampak pada masalah pembiayaan, timbulnya protes dari masyarakat yang menentang pembangunannya, permintaan ganti rugi tanah untuk tapak tower yang terlalu tinggi dan lain sebagainya Saluran Udara Tegangan Tinggi (SUTT) 30 kv kv. Standar tegangan tinggi yang berlaku di Indonesia adalah: 30 kv, 70 kv dan 150 kv. Transmisi 30 kv dan 70 kv yang ada di Indonesia, secara berangsur-angsur mulai ditiadakan (tidak digunakan). Konfigurasi jaringan pada umumnya single atau double sirkuit, dimana 1 sirkuit terdiri dari 3 phasa dengan 3 atau 4 kawat. Biasanya hanya 3 kawat dan penghantar netralnya digantikan oleh tanah sebagai saluran kembali. Jika transmisi ini beroperasi secara parsial, jarak terjauh yang paling efektif adalah 100 km. Jika jarak transmisi lebih dari 100 km maka tegangan jatuh (drop voltage) terlalu besar, sehingga tegangan diujung transmisi menjadi rendah. Untuk mengatasi hal tersebut maka sistem transmisi dihubungkan secara ring system atau interconnection system. Ini sudah diterapkan di Pulau Jawa dan akan dikembangkan di pulau-pulau besar lainnya di Indonesia. 8

4 Saluran Kabel Tegangan Tinggi (SKTT) 30 kv kv. SKTT dipasang di kota-kota besar di Indonesia (khususnya di Pulau Jawa) dengan beberapa pertimbangan. Di tengah kota besar tidak memungkinkan dipasang SUTT, karena sangat sulit mendapatkan tanah untuk tapak tower, untuk ruang bebas (ROW) juga sangat sulit, padat bangunan dan banyak gedung-gedung bertingkat tinggi, pertimbangan keamanan dan estetika, adanya permintaan dan pertumbuhan beban yang sangat tinggi. Jenis kabel yang digunakan kabel yang berisolasi Poly Etheline atau kabel jenis Cross Link Poly Etheline (XLPE) kabel yang isolasinya berbahan kertas yang diperkuat dengan minyak (oil paper impregnated). Inti (core) kabel dan pertimbangan pemilihan single core dengan penampang 240mm 2-300mm 2 tiap core, three core dengan penampang 240mm 2-800mm 2 tiap core, pertimbangan fabrikasi, pertimbangan pemasangan di lapangan. Dibanding transmisi SUTT, transmisi SKTT memiliki beberapa kelemahan, antara lain: - Memerlukan biaya yang lebih besar jika dibanding SUTT. - Pada saat proses pembangunan memerlukan koordinasi dan penanganan yang kompleks, karena harus melibatkan banyak pihak yang terkait perijinan dan koordinasi. - Panjang SKTT pada tiap haspel (cable drum) maksimum 300 meter. Untuk desain dan pesanan khusus, misalnya untuk kabel laut, bisa dibuat tanpa sambungan sesuai kebutuhan. Pada saat ini di Indonesia telah terpasang SKTT bawah laut (Sub Marine Cable) dengan tegangan operasi 150 kv, yaitu: 9

5 1. Sub marine cable 150 kv Gresik -Tanjungan (Jawa - Madura). 2. Sub marine cable 150 kv Ketapang - Gilimanuk (Jawa - Bali). Beberapa hal yang perlu diketahui, Sub marine cable ini ternyata rawan timbul gangguan. Direncanakan akan dibangun Sub marine cable Jawa - Sumatera. Untuk Jawa - Madura, saat ini sedang dibangun SKTT 150 kv yang dipasang (diletakkan) di atas Jembatan Suramadu Saluran Udara Tegangan Menengah (SUTM) 6 kv - 30 kv. Di Indonesia, pada umumnya tegangan operasi SUTM adalah 6 kv dan 20 kv. Namun secara berangsur-angsur tegangan operasi 6 kv dihilangkan dan saat ini hampir semuanya menggunakan tegangan operasi 20 kv. Transmisi SUTM digunakan pada jaringan tingkat tiga, yaitu jaringan distribusi yang menghubungkan dari Gardu Induk, Penyulang (Feeder), SUTM, Gardu Distribusi, sampai dengan ke Instalasi Pemanfaatan (Pelanggan/Konsumen). Berdasarkan sistem pentanahan titik netral trafo, efektifitas penyalurannya hanya pada jarak (panjang) antara 15 km sampai dengan 20 km. Jika transmisi lebih dari jarak tersebut efektifitasnya menurun, karena relay pengaman tidak bisa bekerja secara selektif Saluran Kabel Tegangan Menengah (SKTM) 6 kv - 20 kv. Ditinjau dari segi fungsi, transmisi SKTM juga memiliki fungsi yang sama dengan transmisi SUTM. Perbedaan mendasar adalah, SKTM 10

6 ditanam di dalam tanah. Beberapa pertimbangan pembangunan transmisi SKTM adalah: - Kondisi setempat yang tidak memungkinkan dibangun SUTM. - Kesulitan mendapatkan ruang bebas (ROW), karena berada di tengah kota dan pemukiman padat. - Pertimbangan segi estetika. Beberapa hal yang perlu diketahui, pembangunan transmisi SKTM lebih mahal dan lebih rumit, karena harga kabel yang jauh lebih mahal dibanding penghantar udara dan dalam pelaksanaan pembangunannya harus melibatkan serta berkoordinasi dengan banyak pihak. Pada saat pelaksanaan pembangunan transmisi SKTM sering menimbulkan masalah, khususnya terjadinya kemacetan lalu lintas. Jika terjadi gangguan, penanganan (perbaikan) transmisi SKTM relatif sulit dan memerlukan waktu yang lebih lama jika dibandingkan SUTM. Hampir seluruh (sebagian besar) transmisi SKTM telah terpasang di wilayah PT. PLN (Persero) Distribusi DKI Jakarta & Tangerang Saluran Udara Tegangan Rendah (SUTR) 400 Volt Volt. Transmisi SUTR adalah bagian hilir dari sistem tenaga listrik pada tegangan distribusi di bawah 1000 Volt, yang langsung memasok kebutuhan listrik tegangan rendah ke konsumen. Di Indonesia, tegangan operasi transmisi SUTR saat ini adalah 220/380 Volt. Radius operasi jaringan distribusi tegangan rendah dibatasi oleh: - Susut tegangan yang disyaratkan. 11

7 - Luas penghantar jaringan. - Distribusi pelanggan sepanjang jalur jaringan distribusi. - Sifat daerah pelayanan (desa, kota, dan lain-lain). Susut tegangan yang diijinkan adalah + 5% dan 10 %, dengan radius pelayanan berkisar 350 meter. Saat ini transmisi SUTR pada umumnya menggunakan penghantar Low Voltage Twisted Cable (LVTC) Saluran Kabel Tegangan Rendah (SKTR) 400 Volt Volt. Ditinjau dari segi fungsi, transmisi SKTR memiliki fungsi yang juga sama dengan transmisi SUTR. Perbedaan mendasar adalah SKTR ditanam di dalam tanah. Jika menggunakan transmisi SKTR sebenarnya dari segi jarak aman/ruang bebas (ROW) tidak ada masalah, karena transmisi SKTR menggunakan penghantar berisolasi. Penggunaan transmisi SKTR karena mempertimbangkan: - Sistem transmisi tegangan menengah yang ada, misalnya karena menggunakan transmisi SKTM. - Faktor estetika, oleh karenanya transmisi SKTR pada umumnya dipasang di daerah perkotaan, terutama di tengah-tengah kota yang padat bangunan dan membutuhkan aspek estetika. Dibanding transmisi SUTR, transmisi SKTR memiliki beberapa kelemahan, antara lain: - Biaya investasi mahal. - Pada saat pembangunan sering menimbulkan masalah. 12

8 - Jika terjadi gangguan, perbaikan lebih sulit dan memerlukan waktu relatif lama Sistem Distribusi Tegangan Rendah Tegangan yang digunakan untuk keperluan bangunan tinggigi biasanya 220/380 Volt (3 phasa) seperti dijelaskan pada gambar 2.3. berikut ini: Gambar 2.3. Ilustrasi Sistem Distribusi Tegangan Rendah 3 Phasa - 4 Kabel Di samping itu tegangann 220 Volt (1 phasa 2 kabel) seperti dijelaskan pada gambar 2.4. juga sering dijumpai penggunaannya pada bangunan tinggi. 13

9 Gambar 2.4. Ilustrasi Sistem Distribusi Tegangan Rendah 1 Phasa - 2 Kabel Pada arus listrik satu phasa, daya listrik dapat dihitung dengan rumus : P E. I. Cos (Watt)... (2-1) di mana: Е adalah tegangan listrik phasa - netral (Volt) І adalah kuat arus listrik (Ampere) Cos φ adalah faktor kerja P biasa disebut sebagai daya aktif (real power), sedang EI atau sering dinyatakan dalam VA adalah daya semu. Untuk menghitung arus konduktor, persamaan di atas dapat diubah menjadi : P I E. Cos (Ampere)... (2-2) Sedang untuk menghitung penampang konduktor (kabel penghantar), digunakan rumus: 2. Cos A I l. u (mm 2 ). (2-3) 14

10 di mana: А adalah luas penampang konduktor (mm 2 ) І l γ adalah kuat arus dalam konduktor (Ampere) adalah panjang konduktor (meter) adalah koefisien daya hantar bahan γ untuk tembaga: = 58 x 10 6 (Ohm.m) -1 u adalah rugi tegangan penghantar (Volt) Nilai u (drop voltage) diperoleh dari selisih antara tegangan kirim (E s ) dan tegangan terima (E g ): u E s E g (Volt). (2-4) Nilai u ini berkisar antara 1 5% nilai E s. Selanjutnya, untuk arus listrik tiga phasa, sebagaimana terlihat pada gambar 2.3. sebelumnya, karena I I f dan E E f. 3 1, 732 E f maka daya listrik: P 1,732. E. I. Cos 3. E f. I. Cos (Watt)......(2-5) atau: I P 3. E. Cos (Ampere) (2-6) di mana: E adalah tegangan listrik antar fase E f I adalah tegangan listrik pada fase-netral adalah arus listrik dalam konduktor 15

11 I f adalah arus listrik pada fase Jadi, untuk luas penampang konduktor diperoleh: A 3. Cos I l. u (mm 2 )...(2-7) 2.3. Sistem Tenaga Listrik Cadangan Sistem tenaga listrik cadangan difungsikan jika dan pada saat sumber aliran listrik utama terhenti, daya listrik dipasok dari unit pembangkit listrik cadangan yang pada umumnya berupa unit generator set (Genset) seperti diilustrasikan pada gambar 2.5. Bekerjanya unit pembangkit digerakkan dengan bantuan unit penggerak mula (berupa mesin diesel) yang penempatannya diletakkan dalam ruangan kedap suara, agar suara yang ditimbulkan oleh mesin diesel pada saat dioperasikan tidak mengganggu aktivitas di sekitarnya. 16

12 Gambar 2.5. Ilustrasi Sistem Tenaga Listrik Cadang 2.4. Panel Hubung Bagi (PHB) Panel Hubung Bagi (PHB) adalah merupakan perlengkapan yang digunakan untuk membagi dan mengendalikan tenaga listrik. Komponen utama yang terdapat pada PHB seperti tampak pada gambar 2.6. diantaranya adalah : sikring, pemutus tenaga, sakelar isolasi, alat dan instrumen ukur (voltmeter, amperemeter, frekuensi meter, cos phi meter dll), rel (bus-bar). Dalam PHB juga terdapat alat bantu berupa lampu indikator, tombol- tombol operasi, rangkaian dan komponen kontrol. Ukuran fisik maupun spesifikasi komponen-komponen teknis dari PHB ini sangat tergantung dari besarnya kapasitas PHB serta jumlah saluran masuk serta saluran keluar pada PHB tersebut. 17

13 Gambar 2.6. Ilustrasi Panel Hubung Bagi (PHB) Tegangan Rendah Pada panel distribusi daya listrik, umumnya dibagi dalam kelompok, daya listrik untuk stop kontak, daya listrik untuk penerangan, daya listrik untuk perlengkapan/peralatan bangunan (pemanas air, lemari es, dan mesin photo copy, dan lain-lain) Kabel Penghantar Tenaga listrik dihantarkan oleh kabel yang berfungsi sebagai konduktor. Kabel yang digunakan beragam jenis dan ukurannya seperti dijelaskan pada tabel 2.2. jenis-jenis kabel dan penggunaannya, biasanya disesuaikan dengan penggunaan dan tingkat tegangan yang perlu dihantarkan. Selanjutnya, kabel diberi warna untuk menandai dan membedakan bagi penggunaannya dalam instalasi jaringan listrik seperti dijelaskan pada gambar

14 Gambar 2.7. Kode warna kabel Tabel Jenis-Jenis Kabel dan Penggunaannya T IP E K A B E L K O N S T R U K S I P E N G G U N A A N N Y A N Y A F B e r k a w a t s a t u a t a u l e b i h U k u r a n : 0, m m 2 B e r k a w a t h a l u s l e b i h d a r i s a t u U k u r a n : 0, m m 2 I s o l a s i d a r i p l a s t i k P V C U n t u k i n s t a l a s i t e t a p d i d a l a m p i p a U n t u k i n s t a l a s i l u a r ( t a n p a p i p a ) d i l u a r j a n g k a u a n t a n g a n S e b a g a i k a b e l p e n y a m b u n g d a l a m p a n e l l i s t r i k T e g a n g a n : V o l t. N Y M B e r k a w a t s a t u a t a u l e b i h D i r u a n g a n k e r i n g, l e m b a b, d a n b a s a h I s o l a s i d a r i p l a s t i k P V C D i b e n g k e l, g u d a n g, d a n d i J i k a l e b i h d a r i s a t u, m a k a d i p i l i n d a n u d a r a t e r b u k a ( t i d a k d a l a m d i b u n g k u s o l e h s e l u b u n g d a l a m t a n a h ) U k u r a n : 1 x ( 1, m m 2 ) U n t u k i n s t a l a s i t e t a p d i d a l a m ( 2-5 ) x ( 1, m m 2 ) a t a u l u a r t e m b o k T e g a n g a n : V o l t N Y Z N Y D B e r i n t i d u a a t a u t i g a y a n g t e r d i r i d a r i D i r u a n g a n k e r i n g u n t u k a l a t - k a w a t t e m b a g a h a l u s y a n g s e j a j a r a l a t l i s t r i k k e c i l, s e p e r t i : r a d i o, s a t u d e n g a n l a i n n y a d a n b e r i s o l a s i d a n l a i n - l a i n. p l a s t i k P V C T e g a n g a n : V o l t U k u r a n : N Y Z : 2 x ( 0, 5-0, 7 5 m m 2 ) N Y D : 3 x ( 0, 5-0, 7 5 m m 2 ) N Y L H Y N Y M H Y P e n g h a n t a r d a r i k a w a t - k a w a t t e m b a g a h a l u s b e r i s o l a s i p l a s t i k P V C, p e n g h a n t a r s e j a j a r ( d u a i n t i ) a t a u d i p i l i n U k u r a n : N Y L H Y : ( ) x ( 0, 5-1, 5 m m 2 ) N Y M H Y : ( ) x ( 0, 7 5-2, 5 m m 2 ) D i r u a n g a n k e r i n g u n t u k a l a t - a l a t l i s t r i k y a n g d a p a t d i p i n d a h - p i n d a h k a n, a l a t - a l a t y a n g r i n g a n a t a u s e t e n g a h b e r a t, s e p e r t i : a l a t b o r t a n g a n, d a n l a i n - l a i n T e g a n g a n : N Y L H Y V o l t N Y M H Y V o l t 19

15 TIPE K AB EL K O N STR U K SI PENGGUNAAN Inti berkawat satu atau lebih berisolasi plastik PVC Di ruangan kering, lem bab, dan basah NYY (NAYA) Jika berinti lebih dari satu, m aka Di bengkel, gudang, dan pabrik dipilin dan dibungkus dengan selubung dalam. Selubung luar dari plastik PVC Untuk instalasi tetap, juga untuk di dalam tanah, jika Ukuran: 1 x (1,5-400 m m 2) pada waktu pem asangan tidak (2-5) x (1,5-200 m m 2) ada gangguan m ekanis (7-40) x (1,5-2,5 m m 2) Tegangan: 600 / Volt Inti berkawat satu atau lebih. Khusus untuk ditanam di Bentuk bulat atau sektor, berisolasi dalam tanah, di dalam ruangan, plastik PVC. Inti-inti dibungkus oleh dan di udara terbuka selubung dalam sebagai pelindung terhadap gangguan m ekanis. Tegangan: 600 / Volt NYFG by Kawat baja berbentuk pipih (F) atau / Volt (NYRG by) bulat (R) yang berlapis tim ah dibalut pita baja NAYFG by (NAYRG by) Ukuran: (3-4) x ( m m 2) NYCY (NAYCY) Inti berkawat satu atau lebih. Bentuk bulat atau sektor, berisolasi plastik PVC. Sebagai pelindung terhadap bahaya listrik, setelah lapisan selubung dalam, terdapat kawat-kawat tem baga sebagai penghantar konsentris. Selubung luar dari plastik PVC Ukuran: (3-4) x ( m m 2) Khusus untuk instalasi tetap di dalam tanah, di dalam ruangan, dan di udara terbuka Tegangan: 600 / Volt 2.6. Perbaikan Faktor Daya Dalam sistem listrik arus bolak-balik ada tiga jenis daya yang dikenal, khususnya untuk beban yang memiliki impedansi (Z), yaitu : - Daya Semu (S) dengan satuan Volt Amper (VA) - Daya Aktif (P) dengan satuan Watt (W) - Daya Reaktif (Q) dengan satuan Volt Amper Reaktif (VAR) 20

16 Untuk rangkaiann listrik arus bolak-balik, bentuk gelombang tegangan dan arus sinusoida, besarnyaa daya setiap saat tidak sama. Maka daya yang merupakan daya rata-rata diukur dengan satuan Watt, daya ini membentuk energi aktif per satuan waktu dan dapat diukur dengan kwh meter dan juga merupakan daya nyata atau daya aktif (daya poros, daya yang sebenarnya) yang digunakan oleh beban untuk melakukan tugas tertentu. Sedangkan daya semu dinyatakan dengan satuan Volt-Ampere (disingkat, VA), menyatakan kapasitas peralatan listrik, seperti yang tertera pada peralatan generator dan transformator. Pada suatu instalasi, khususnya di pabrik/industri juga terdapat beban tertentu seperti motor listrik, yang memerlukan bentuk lain dari daya, yaitu daya reaktif (VAR) untuk membuat medan magnet atau dengan kata lain daya reaktif adalah daya yang terpakai sebagai energi pembangkitan flux magnetik sehingga timbul magnetisasi dan daya ini dikembalikan ke sistem karena efek induksi elektromagnetik itu sendiri, sehingga daya ini sebenarnya merupakan beban (kebutuhan) pada suatu sistim s tenaga listrik. Gambar 2.8. Segitiga Daya 21

17 Faktor daya atau faktor kerja adalah perbandingan antara daya aktif (Watt) dengan daya semu/daya total (VA), atau cosinus sudut antara daya aktif dan daya semu/daya total sebagaimana terlihat pada gambar 2.8. Daya reaktif yang tinggi akan meningkatkan sudut ini dan sebagai hasilnya faktor daya akan menjadi lebih rendah. Faktor daya selalu lebih kecil atau sama dengan satu. Secara teoritis, jika seluruh beban daya yang dipasok oleh perusahaan listrik memiliki faktor daya satu, maka daya maksimum yang ditransfer setara dengan kapasitas sistim pendistribusian. Sehingga, dengan beban yang terinduksi dan jika faktor daya berkisar dari 0,2 hingga 0,5, maka kapasitas jaringan distribusi listrik menjadi tertekan. Jadi, daya reaktif (VAR) harus serendah mungkin untuk keluaran kw yang sama dalam rangka meminimalkan kebutuhan daya total (VA). Faktor daya/faktor kerja menggambarkan sudut phasa antara daya aktif dan daya semu. Faktor daya yang rendah merugikan karena mengakibatkan arus beban tinggi. Perbaikan faktor daya ini dengan menggunakan kapasitor. Faktor daya dapat diperbaiki dengan memasang kapasitor pengkoreksi faktor daya pada sistim distribusi listrik/instalasi listrik di pabrik/industri. Kapasitor bertindak sebagai pembangkit daya reaktif dan oleh karenanya akan mengurangi jumlah daya reaktif, juga daya semu yang dihasilkan oleh bagian utilitas. Sebuah contoh yang memperlihatkan perbaikan faktor daya sebagaimana dijelaskan pada gambar 2.9. dengan pemasangan kapasitor dijelaskan sebagai berikut : Contoh 1 : 22

18 Sebuah pabrik kimia memasang sebuah trafo 1500 kva. Kebutuhan pabrik pada mulanya 1160 kva dengan faktor daya 0,70. Persentase pembebanan trafo sekitar 78 persen (1160/1500 = 77.3 persen). Untuk memperbaiki faktor daya dan untuk mencegah denda oleh pemasok listrik, pabrik menambahkan sekitar 410 kvar pada beban motor. Hal ini i meningkatkan faktor daya hingga 0,89, dan mengurangi kva yang diperlukan menjadi 913 kva, yang merupakan penjumlahan vektor kw dan kvar. Trafo 1500 kva kemudian hanya berbeban 60 persen dari kapasitasnya. Sehingga pabrik akan dapat menambah beban pada trafonya dimasa mendatang. (Studi lapangan NPC) Gambar 2.9. Segitiga Daya Sebelum dan Sesudah Kompensasi Contoh 2 : Sekelompok lampu pijar 58 W/220V, digabungkan dengan 12 lampu TL 11 W, ada 30 buah lampu pijar dan lampu TL. Faktor daya terukur sebesar Cos φ 1 = 0,5. Hitunglah daya semu dari beban dan besarnya arus sebelum kompensasi, jika 23

19 diinginkan faktor kerja menjadi Cos φ 2 = 0,9, hitung besarnya arus setelah kompensasi. a) Besarnya daya lampu gabungan P g = (58 W x 18) + (11 W x 12) = 1176 watt = 1,176 kw Cos φ 1 = P g /S 1, sehingga S 1 = P g /Cos φ 1 = 1,176kW/0,5 = 2,352 kva, maka I 1 (arus sebelum kompensasi) = S 1 /U = 2,352 kva/220 V = 10,69 A b) Besarnya daya setelah kompensasi (Cos φ 2 = 0,9) S 2 = P g /Cos φ 2 = 1,176 kw/0,9 = 1,306 kva, maka I 2 (arus setelah kompensasi) = S 2 /U = 1,306 kva/220 V = 5,94 A Keuntungan Perbaikan Faktor Daya Keuntungan perbaikan factor daya dengan menggunakan kapasitor antara lain adalah: 1. Bagi Konsumen, khususnya perusahaan atau industri: - Diperlukan hanya sekali investasi untuk pembelian dan pemasangan kapasitor dan tidak ada biaya terus menerus. - Mengurangi biaya listrik bagi perusahaan, sebab: a. daya reaktif (kvar) tidak lagi dipasok oleh perusahaan utilitas sehingga kebutuhan total (kva) berkurang. b. nilai denda yang dibayar jika beroperasi pada faktor daya rendah dapat dihindarkan. 24

20 - Mengurangi kehilangan distribusi (kwh) dalam jaringan/instalasi pabrik. - Tingkat tegangan pada beban akhir meningkat sehingga meningkatkan kinerja motor. 2. Bagi utilitas pemasok listrik: - Komponen reaktif pada jaringan dan arus total pada sistim ujung akhir berkurang. - Kehilangan daya I 2 R dalam sistim berkurang karena penurunan arus. - Kemampuan kapasitas jaringan distribusi listrik meningkat, mengurangi kebutuhan untuk memasang kapasitas tambahan Cara Pemasangan Instalasi Kapasitor Cara pemasangan instalasi kapasitor dapat dilakukan dengan 3 cara / metode yaitu : 1. Global Compensation System Dengan metode ini kapasitor dipasang di induk panel (MDP), Arus yang turun dari pemasangan model ini hanya di penghantar antara panel MDP dan Transformator. Sedangkan arus yang lewat setelah MDP tidak turun dengan demikian rugi akibat disipasi panas pada penghantar setelah MDP tidak terpengaruh. Terlebih instalasi tenaga dengan penghantar yang cukup panjang, Delta (Δ) Voltagenya masih cukup besar. 2. Sectoral Compensation System 25

21 Dengan metode ini kapasitor yang terdiri dari beberapa panel kapasitor dipasang dipanel SDP. Cara ini cocok diterapkan pada industri dengan kapasitas beban terpasang besar sampai ribuan kva dan terlebih jarak antara panel MDP dan SDP cukup berjauhan. 3. Individual Compensation System Dengan metode ini kapasitor langsung dipasang pada masingmasing beban khususnya yang mempunyai daya yang besar. Cara ini sebenarnya lebih efektif dan lebih baik dari segi teknisnya. Namun ada kekurangannya yaitu harus menyediakan ruang atau tempat khusus untuk meletakkan kapasitor tersebut sehingga mengurangi nilai estetika. Disamping itu jika mesin yang dipasang sampai ratusan buah berarti total cost yang di perlukan lebih besar dari metode diatas Komponen Utama Panel Kapasitor Komponen-komponen utama panel kapasitor antara lain: 1. Main Switch/Load Break Switch Main switch ini berfungsi sebagai peralatan kontrol dan isolasi jika ada pemeliharaan panel. Sedangkan untuk pengaman kabel/instalasi sudah tersedia disisi atasnya (dari) MDP. Main switch atau lebih dikenal Load Break Switch (LBS) adalah peralatan pemutus dan penghubung yang sifatnya On Load yakni dapat diputus dan disambung dalam keadaan berbeban, berbeda dengan On-Off Switch model Knife Switch yang hanya dioperasikan pada saat tidak berbeban. Untuk menentukan kapasitas yang 26

22 dipakai dengan perhitungan minimal 25 % lebih besar dari perhitungan kvar terpasang, sebagai contoh: Jika daya kvar terpasang 400 kvar dengan arus 600 Ampere, maka kapasitas yang dipakai berdasarkan perhitungan adalah: 600A + (25% x 600A) = 750 A, maka kapasitas yang dipakai (sesuai nominal produk pabrikan) = 800 Ampere. 2. Kapasitor Breaker Kapasitor Breaker digunakan 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 Im = 10 x Ir. Untuk menghitung besarnya arus dapat digunakan rumus : In Qc....(2-8) 3xVL di mana: In adalah arus nominal Qc adalah kapasitas nominal kapasitor 3 adalah faktor angka sistem 3 phasa VL adalah tegangan antar phasa Sebagai contoh : masing masing step dari 10 step besarnya 20 kvar maka dengan menggunakan rumus diatas didapat besarnya arus sebesar 29 Ampere, maka pemilihan kapasitas breaker sebesar 29 + (50% x 29) = 43 27

23 A atau (sesuai produk pabrikan) dapat menggunakan kapasitas yang sebesar 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 untuk peralatan kontrol yang berfungsi sebagai penghubung antara breaker dengan kapasitor melalui koneksi kabel penghantar. Beban kapasitor mempunyai arus puncak yang tinggi, lebih tinggi dari beban motor. Untuk pemilihan magnetic contactor minimal 10% lebih tinggi dari arus nominal. Pemilihan magnetic contactor dengan range ampere lebih tinggi akan lebih baik sehingga umur pemakaian magnetic contactor lebih lama. 4. Kapasitor Bank Kapasitor bank adalah peralatan listrik yang mempunyai sifat kapasitif yang akan berfungsi sebagai kompensator sifat induktif. Kapasitas kapasitor dari ukuran 5 kvar sampai 60 kvar. Dari tegangan kerja 230 V sampai 525 Volt atau Kapasitor Bank adalah sekumpulan beberapa kapasitor yang disambung secara paralel untuk mendapatkan kapasitas kapasitif tertentu. Besaran yang sering dipakai adalah kvar (kilo Volt Ampere reaktif) meskipun didalamnya terkandung/tercantum besaran 28

24 kapasitansi yaitu Farad atau microfarad. Kapasitor ini mempunyai sifat listrik yang kapasitif (leading), sehingga mempunyai sifat mengurangi/menghilangkan terhadap sifat induktif (lagging). 5. Reactive Power Regulator Peralatan ini berfungsi untuk mengatur kerja kontaktor secara otomatis agar daya reaktif yang akan disalurkan ke jaringan/sistem 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 step, 12 step sampai 18 step. Peralatan tambahan yang biasa digunakan pada panel kapasitor antara lain adalah : - Push Button ON dan Push Button OFF yang berfungsi untuk mengoperasikan Magnetic Contactor secara manual. - Selector Switch Auto Off Manual yang berfungsi untuk memilih sistem operasional yaitu Posisi Auto untuk pengoperasian dari Control Module Reactive Power Regulator atau Posisi Manual untuk pengoperasian dari Push Button. - Exhaust Fan yang dilengkapi dengan Thermostat yang berfungsi untuk mengatur Ambeint Temperature (Suhu udara sekitar) dalam ruang panel kapasitor. Karena kapasitor, kontaktor magnetik dan kabel penghantar mempunyai disipasi daya panas yang besar, maka temperature ruang 29

25 panel meningkat, dalam hal ini setting dari thermostat yang akan mengatur kerja exhust fan secara otomatis Sistem Perlindungan Bahaya Petir Kesan yang ditimbulkan dari istilah Penangkal Petir atau Anti Petir adalah aman 100 % dari bahaya petir, akan tetapi pada kenyataannya tidaklah demikian. Dalam penanganan bahaya petir memang ada beberapa faktor yang sangat mempengaruhi, bilamana kita ingin mencari solusi total akan bahaya petir maka kita harus mempertimbangkan faktor tersebut. Sambaran petir tidak langsung pada bangunan yaitu petir menyambar di luar areal perlindungan dari instalasi penangkal petir yang telah terpasang, kemudian arus petir ini merambat melalui instalasi listrik, kabel data atau apa saja yang mengarah ke bangunan, akhirnya arus petir ini merusak unit peralatan listrik dan elektronik di dalam bangunan tersebut. Masalah ini semakin runyam karena peralatan elektronik menggunakan tegangan kecil, DC yang sangat sensitif. Pada dasarnya sistem pengamanan sambaran petir langsung bukan membuat posisi kita aman 100 % dari petir melainkan membuat posisi bangunan kita terhindar dari kerusakan fatal akibat sambaran langsung serta mengurangi dampak kerusakan peralatan listrik dan elektronik bila ada sambaran petir yang mengenai bangunan kita. Maka istilah yang paling tepat untuk pengamanan petir adalah Sistem Penyalur Petir. Petir atau halilintar adalah gejala alam yang biasanya muncul pada musim hujan di mana di langit muncul kilatan cahaya sesaat yang menyilaukan biasanya disebut kilat yang beberapa saat kemudian disusul dengan suara menggelegar sering disebut Guruh. Perbedaan waktu kemunculan ini disebabkan adanya 30

26 perbedaan antara kecepatan suara dan kecepatan cahaya. Petir merupakan gejala alam yang bisa kita analogikan dengan sebuah kapasitor raksasa, dimana lempeng pertama adalah awan (bisa lempeng negatif atau lempeng positif) dan lempeng kedua adalah bumi (dianggap netral). Seperti yang sudah diketahui kapasitor adalah sebuah komponen pasif pada rangkaian listrik yang bisa menyimpan energi sesaat (energy storage). Petir juga dapat terjadi dari awan ke awan (intercloud), dimana salah satu awan bermuatan negatif dan awan lainnya bermuatan positif. Petir terjadi karena ada perbedaan potensial antara awan dan bumi atau dengan awan lainnya. Proses terjadinya muatan pada awan karena dia bergerak terus menerus secara teratur, dan selama pergerakannya dia akan berinteraksi dengan awan lainnya sehingga muatan negatif akan berkumpul pada salah satu sisi (atas atau bawah), sedangkan muatan positif berkumpul pada sisi sebaliknya. Jika perbedaan potensial antara awan dan bumi cukup besar, maka akan terjadi pembuangan muatan negatif (elektron) dari awan ke bumi atau sebaliknya untuk mencapai kesetimbangan. Pada proses pembuangan muatan ini, media yang dilalui elektron adalah udara. Pada saat elektron mampu menembus ambang batas isolasi udara inilah terjadi ledakan suara. Petir lebih sering terjadi pada musim hujan, karena pada keadaan tersebut udara mengandung kadar air yang lebih tinggi sehingga daya isolasinya turun dan arus lebih mudah mengalir. Karena ada awan bermuatan negatif dan awan bermuatan positif, maka petir juga bisa terjadi antar awan yang berbeda muatan. Perlindungan terhadap bahaya petir adalah dengan membuat dan memasang rangkaian jalur yang difungsikan sebagai jalan bagi petir menuju ke 31

27 permukaan bumi, tanpa merusak benda-benda yang dilewatinya. Beberapa bagian utama pada penangkal petir adalah sebagai berikut: - Batang penangkal petir atau Head/Air Terminal Batang penangkal petir berupa batang tembaga yang ujungnya runcing. Dibuat runcing karena muatan listrik mempunyai sifat mudah berkumpul dan lepas pada ujung logam yang runcing. Dengan demikian dapat memperlancar proses tarik menarik dengan muatan listrik yang ada di awan. Batang runcing ini dipasang pada bagian puncak suatu bangunan. - Kabel konduktor Kabel konduktor terbuat dari jalinan kawat tembaga. Diameter jalinan kabel konduktor sekitar 1 cm hingga 2 cm. Kabel konduktor berfungsi meneruskan aliran muatan listrik dari batang muatan listrik ke tanah. Kabel konduktor tersebut dipasang pada dinding di bagian luar bangunan. - Tempat pembumian Tempat pembumian (grounding) berfungsi mengalirkan muatan listrik dari kabel konduktor ke batang pembumian (ground rod) yang tertanam di tanah. Batang pembumian terbuat dari bahan tembaga berlapis baja, dengan diameter 1,5 cm dan panjang sekitar 1,8-3 m. Cara kerja penangkal petir adalah, saat muatan listrik negatif di bagian bawah awan sudah tercukupi, maka muatan listrik positif di tanah akan segera tertarik. Muatan listrik kemudian segera merambat naik melalui kabel konduktor, menuju ke ujung batang penangkal petir. Ketika muatan listrik negatif berada cukup dekat di atas atap, daya tarik menarik antara kedua muatan semakin kuat, muatan positif di ujung-ujung penangkal petir tertarik ke arah muatan negatif. 32

28 Pertemuan kedua muatan menghasilkan aliran listrik. Aliran listrik itu akan mengalir ke dalam tanah, melalui kabel konduktor, dengan demikian sambaran petir tidak mengenai bangunan. Tetapi sambaran petir dapat merambat ke dalam bangunan melalui kawat jaringan listrik dan bahayanya dapat merusak alat-alat elektronik di bangunan yang terhubung ke jaringan listrik itu, selain itu juga dapat menyebabkan kebakaran atau ledakan. Untuk mencegah kerusakan akibat jaringan listrik tersambar petir, biasanya di dalam bangunan dipasangi alat yang disebut penstabil arus listrik (surge arrestor) Penangkal Petir Konvensional Kedua ilmuwan Faraday dan Franklin menjelaskan sistem yang hampir sama, yakni sistem penyalur arus listrik yang menghubungkan antara bagian atas bangunan dan grounding, sedangkan sistem perlindungan yang di hasilkan ujung penerima/splitzer adalah sama pada rentang derajat. Perbedaannya adalah sistem yang di kembangkan Faraday bahwa kabel penghantar berada pada sisi luar bangunan dengan pertimbangan bahwa kabel penghantar juga berfungsi sebagai material penerima sambaran petir, yaitu berupa sangkar elektris atau biasa di sebut dengan sangkar faraday Penangkal Petir Radio Aktif Penelitian terus berkembang akan sebab terjadinya petir, dan semua ilmuwan sepakat bahwa terjadinya petir karena ada muatan listrik di awan berasal dari proses ionisasi, maka untuk menggagalkan proses 33

29 ionisasi dilakukan dengan cara menggunakan zat beradiasi seperti Radium 226 dan Ameresium 241 karena kedua bahan ini mampu menghamburkan ion radiasinya yang dapat menetralkan muatan listrik awan. Maka manfaat lain hamburan ion radiasi tersebut akan menambah muatan pada ujung finial/splitzer, bila mana awan yang bermuatan besar tidak mampu di netralkan zat radiasi kemudian menyambar maka akan cenderung mengenai penangkal petir ini. Keberadaan penangkal petir jenis ini telah dilarang pemakaiannya, berdasarkan kesepakatan internasional dengan pertimbangan mengurangi zat beradiasi di masyarakat, selain itu penangkal petir ini dianggap dapat mempengaruhi kesehatan manusia Penangkal Petir Elektrostatis Prinsip kerja penangkal petir elektrostatis mengadopsi sebagian sistem penangkal petir radio aktif, yaitu menambah muatan pada ujung finial/splitzer agar petir selalu melilih ujung ini untuk di sambar. Perbedaan dengan sistem radio aktif adalah jumlah energi yang dipakai. Untuk penangkal petir radio aktif muatan listrik dihasilkan dari proses hamburan zat beradiasi sedangkan pada penangkal petir elektrostatis energi listrik yang dihasilkan dari listrik awan yang menginduksi permukaan bumi seperti diilustrasikan pada gambar

30 Gambar Ilustrasi Sistem Penyaluran Petir dari Penangkal Petir ke Bumi. Mekanisme Kerja Penangkal Petir Elektrostatis, disaat ada awan mendung melintas di atas bangunan yang dilindungi anti petir/penangkal petir Elektrostatis. Elektroda terpasang di energi dari awan yang dalam peralatan akan mengumpulkan dan menyimpan bermuatan listrik di dalam kapasitor yang mampu diisi ulang, setelah cukup besar kemudian dikirim ke unit Ion Generator. Ketika banyak energi petir di atmosfer maka awan menginduksi unit Ion Generator. Informasi ini diolah dalam unit Ion Generator untuk di manfaatkan sebagai memicu pelepasan energi. Akibat dari pelepasan energi yang menghentak ini akan menghasilkan lidah api penuntun ke udara (Streamer Leader) melalui Batang Utama penangkal petir Elektrostatis, lidah api penuntun ini yang kemudian di sambut oleh petir. 35