STUDI PENGGUNAAN KAPASITOR BANK PADA SEMEN MILL INDARUNG II PT. SEMEN PADANG

Transkripsi

1 STUDI PENGGUNAAN KAPASITOR BANK PADA SEMEN MILL INDARUNG II PT. SEMEN PADANG TUGAS AKHIR Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Ahli Madya dari Politeknik Negeri Padang OVI UNTAMAH BP: PROGRAM STUDI DIII TEKNIK LISTRIK JURUSAN TEKNIK ELEKTRO POLITEKNIK NEGERI PADANG 2016 i

2 Tugas akhir yang berjudul Studi Penggunaan Kapasitor Bank pada Semen Mill Indarung II PT. Semen Padang ini telah disidangkan atau dipertanggungjawabkan di depan tim penguji sebagai berikut, pada hari Kamis, 1 Desemeber 2016 di Program Studi Teknik Listrik Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Padang. No. Nama Jabatan Tanda Tangan 1. Yefriadi, ST., MT. Nip Ketua 2. A. Fadli, ST., MT Nip Sekretaris 3. Herisajani, ST., M.Kom. Nip Anggota 4. Nasrul Harun, ST., M.Kom Nip Anggota Mengetahui: Ketua Jurusan Teknik Elektro Ketua Program Studi Teknik Listrik Afrizal Yuhanef, ST., M.Kom. NIP Herisajani, ST., M.Kom. NIP ii

3 STUDI PENGGUNAAN KAPASITOR BANK PADA SEMEN MILL INDARUNG II PT. SEMEN PADANG Oleh Ovi Untamah BP Telah disetujui oleh: Pembimbing I Pembimbing II Riza Widia, SST.MT. NIP Nasrul Harun, ST., M.Kom. NIP iii

4 HALAMAN PERSEMBAHAN Ya Allah puji syukur atas nikmat-mu yang telah Engkau anugerahkan kepadaku Nikmat kesehatan dan kesempatan yang masih Engkau percayakan kepadaku sehingga aku bisa menyelasikan studiku dan dapat memperoleh gelar Ahli Madyaku. Hari ini satu tahap telah kucapai dari sekian tahapan cita-cita yang akan kugapai Esok adalah awal bagiku untuk melanjutkan cita-citaku, selalu bimbinglah aku untuk meraih masa depan yang lebih baik. Keluargaku tersayang Terimakasih untuk orang tuaku tersayang, almarhum bapak Herman Zuhri dan mamak Parmiati. Terimakasih untuk segalanya, kasih sayang, cinta, pengorbanan serta perjuangannya untuk mewujudkan cita-cita anakmu ini. Terimakasih adek kecilku, Vani Aprillia yang selalu menjadi penghibur dan juga teman berantem. Terimakasih mamak untuk setiap tetes keringat yang jatuh untuk membiayai pendidikanku. Terimakasih mamak atas setiap doa untuk kebaikanku. Terimakasih untuk kesabaran dan ketabahan hatimu untuk mendidikku selama ini. Terimaksih untuk segalanya. Dan juga untuk keluarga besar yang banyak sekali membantu, terimakasih untuk support, bantuan, dan doanya. Dosen dan Pembimbing Terimakasih untuk dosen pembimbing tugas akhir Ibuk Riza Widia, SST., MT. serta Bapak Nasrul Harun, ST., M.Kom yang telah membimbing, membantu proses pembuatan tugas akhir ini. Terimakasih atas bantuannya, masukan, kritikan, semangat, serta saran-sarannnya sehingga tugas akhir ini dapat diselesaikan dengan baik dan juga dapat wisuda tahun Terimakasih juga untuk semua dosen yang telah memberikan ilmunya serta untuk semua Bapak teknisi yang banyak membantu dalam proses praktikum. Kekasih yang selalu menemani Terimakasih Uda Hady Faishal Maris, selalu ada saat susah senang. Terimakasih bantuannya selama ini yang rela bolak-balik satu setengah bulan pasar baru-semen Padang selama PKL, terimakasih selalu menemani selama sidang PKL juga tugas akhir. Semangat untuk PKL yang juga di Semen Padang (ikut-ikutan satu setengah bulan juga), semangat buat TA-nya. Semoga secepatnya dapat gelar A.Md, kan giliran kita lagi. Teknik listrik 2013 Terimakasih untuk semua teman-teman teknik listrik 2013, buat Kaka, Ridho, Amaik, fahmi, hafis, momon, joni, taufik, icay, ajo, ijal,, fegy, yang udah bareng-bareng selama 3 tahun. Buat teman-teman yang iv

5 seperjuangan kamis berkah nurul, hafis, arif, momon serta untuk ayu, rani wahyu dan juga buat semua temanteman teknik listrik. PT. Semen Padang Terimakasih untuk abang senior satu almamater yang di Semen Padang bang Alex, bang Riko, bang Beni, serta semua staf dan karyawan yang PT. Semen Padang yang telah banyak membantu. Kos Defris FM Teman yang udah dari SMA Aseh yang udah terbang ke Jakarta, Rita alias Jessica yang akhirnya wisuda setelah 32 kali sidang, kakak Mutia yang selalu peratian ke adeknya makasih kak udah peratiin ovi waktu ovi sakit, Putri anugrah Sukma semoga tahun ini juga selanjutnya masih bisa rege bareng, Nia yang selalu hits dan kekinian, Deby yang suka koleksi barang yang lucu meskipun nggak ada dipake. Dan juga ante kos ante Titin yang selalu bersih-bersih, bahagia terus ya. Akhir kata terimakasih untuk semua yang sudah berperan dalam hidup ku, sehingga bisa menjadi seperti sekarang dan bisa lebih baik lagi nantinya. Ovi Untamah A.Md v

6 DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... i HALAMAN PENGESAHAN... ii HALAMAN PERSETUJUAN... iii HALAMAN PERSEMBAHAN... iv KATA PENGANTAR... vi ABSTRAK... vii DAFTAR ISI... viii DAFTAR GAMBAR... ix DAFTAR TABEL... xi BAB 1 PENDAHULUAN Latar Belakang Tujuan Perumusan Masalah Batasan masalah Metodologi Penulisan Sistematika Penulisan... 5 BAB II LANDASAN TEORI Kapasitor Kapasitansi Muatan, Energi, dan Kapasitansi Spesifikasi dan Pemberian tanda Kapasitor Rangkaian Kapasitor Seri dan Paralel Fungsi Kapasitor Segitiga Daya Daya Aktif (P) Daya Reaktif (Q) Daya Semu (S) Faktor Daya Faktor Daya Mendahului (Leading) vi

7 2.3.2 Faktor Daya Tertinggal (Lagging) Koreksi Faktor Daya Kapasitor Bank Metode Perhitungan Daya Reaktif Metode Sederhana Metode Kwitansi PLN Metode Cos φ Sistem Kelistrikan Semen Mill Indarung II BAB III PERHITUNGAN KOMPENSASI DAYA REAKTIF PADA SEMEN MILL INDARUNG II Skema Studi Kelayakan Penggunaan Kapasiroe Bank pengambilan Data Perhitungan Daya Reaktif Hasil Perhitungan BAB IV ANALISIS PERBANDINGAN Analisis Perbandingan Kapasitor Bank Pada Semen MILL Indarung II Komponen Kapasitor Bank Spesifikasi Kapasitor Bank BAB V PENUTUP Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN vii

8 DAFTAR GAMBAR Gambar II.1 Kapasitor pelat sejajar... 7 Gambar II.2 Efek dari penerapan tegangan pada sebuah kapasitor (a) kondisi awal (tidak bermuatan); (b) muatan terkumpul saat diberi tegangan; (c) muatan tetap ada ketika tegangan dihilangkan... 8 Gambar II.3 Kapasitor seri;(a) dua kapasitor seri; (b) tiga kapasitor seri Gambar II.4 Rangkaian kapasitor paralel Gambar II.5 Segitiga daya Gambar II.6 Gelombang pada faktor daya mendahului (leading) Gambar II.7 Gelombang pada faktor daya tertinggal (lagging) Gambar II.8 Main Switch Gambar II.9 MCCB Gambar II.10 Kontaktor Gambar II.11 General blok diagram Semen Mill Indarung II Gambar III.1 Flowchart studi kelayakan penggunaan kapasitor bank Gambar IV.1 Main switch Gambar IV.2 MCCB Gambar IV.3 Kontaktor Gambar IV.4 Panel kapasitor bank shizuki 600 kvar Gambar IV.5 Kontaktor dan MCCB pada panel kapasitor Gambar IV.6 Power factor controller Q-Automat/V model MS-12Q viii

9 DAFTAR TABEL Tabel 1. Karakteristik dari jenis-jenis umum kapasitor Tabel 2. Hasil perhitungan daya reaktif dan kapasitor bank yang ada di lapangan ix

10 ABSTRAK STUDI PENGGUNAAN KAPASITOR BANK PADA SEMEN MILL INDARUNG II PT. SEMEN PADANG OVI UNTAMAH PT. Semen Padang merupakan salah satu produsen semen terbesar di Indonesia. Produksi semen perusahaan ini dapat mencapai 5,240,000 ton per tahun. Sumber listrik yang digunakan yaitu dari PLN dan juga dari pembangkit sendiri. Dalam proses produksi digunakan motor-motor induksi. Penggunaan motor-motor induksi ini menyebabkan rendahnya faktor daya. Bagi suatu industri yang memiliki faktor daya kuranng dari 0,85 akan diberikan denda. Faktor daya yang rendah dapat diperbaiki dengan memasang kapasitor bank. Faktor daya perlu diperbaiki karena dapat meghindari drop tegangan serta trafo kelebihan beban. Drop tegangan dapat mempengaruhi pada proses produksi. Selain itu, perbaikan faktor daya dapat mengurangi biaya kompensasi bahkan menghilangkannya. Jika faktor daya tidak diperbaiki maka beban induktif akan menyerap seluruh daya reaktif dari PLN. Hal ini tentu saja merugikan PLN dan industri diharuskan membayar denda. Kata kunci: daya reaktif, cos φ, kapasitor bank x

11 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Sebagai salah satu produsen semen terbesar di Indonesia, PT. Semen Padang mampu memproduksi semen hingga 5,240,000 ton per tahun. Perusahaan yang berdiri sejak tahun 1910 ini memiliki enam buah pabrik yaitu pabrik Indarung I, pabrik Indarung II, pabrik Indarung III, pabrik Indarung IV, pabrik Indarung V, dan pabrik Indarung VI. PT. Semen Padang mempunyai sistem kelistrikan yang disuplay dari PLN dan juga dari pembangkit listrik sendiri. PT. Semen Padang memerlukan sistem kelistrikan yang handal dan memliki kualitas tenaga listrik yang baik demi menjaga konsistensinya dalam memproduksi semen. Salah satu hal yang dilihat dalam kualitas tenaga listrik adalah besarnya faktor daya. Rendahnya faktor daya terjadi karena pemakaian beban induktif ataupun adanya harmonisasi pada sistem. Metode yang digunakan untuk memperbaiki faktor daya adalah dengan menambahkan kapasitor bank. Faktor daya yang diijinkan oleh PLN adalah diatas 0,85. Jika faktor daya pada suatu industri kecil dari 0,85 maka industri tersebut dikenakan sanksi berupa denda yang harus dibayar ke PLN. PT. Semen Padang dalam memproduksi semen banyak menggunakan beban induktif berupa motor induksi. Untuk mengoperasikan motor maka dibutuhkan daya reaktif induktif yang diserap dari jala-jala untuk membangkitkan fluks magnetik motor. Untuk memenuhi kebutuhan daya reaktif ini, maka PT. Semen Padang menggunakan kapasitor bank. 1

12 2 Kapasitor bank digunakan untuk memperbaiki faktor daya. Semakin besar nilai faktor daya maka perubahan jatuh tegangan dan perubahan rugi-rugi daya akan semakin kecil. Perubahan jatuh tegangan dan rugi-rugi daya yang bertambah kecil ini mempunyai pengaruh baik terhadap keadaan dan efektifitas dari kerja motor. Faktor daya perlu diperbaiki karena dapat menghindari drop tegangan serta trafo kelebihan beban. Selain itu juga dapat mengurangi biaya kompensasi yang harus dibayar ke PLN. Jika faktor daya tidak diperbaiki maka beban induktif akan menyerap daya reaktif seluruhnya dari PLN hal ini tentu saja merugikan PLN dan industri diharuskan membayar denda. Faktor daya yang rendah juga dapat menyebabkan drop tegangan, hal ini tentu berpengaruh pada proses produksi suatu industri. Studi yang dilakukan pada tugas akhir ini adalah dengan melakukan analisa perhitungan kebutuhan kapasitor bank yang diperlukan pada sistem kelistrikan untuk menambahkan nilai faktor daya di PT. Semen Padang. Setelah diperoleh hasil perhitungan besar nilai kapasitor bank yang harus dipasang, maka hasil ini dibandingkan dengan kapasitor bank yang telah dipasang pada PT. Semen Padang.

13 3 1.2 Tujuan Tujuan yang ingin dicapai dari penulisan laporan tugas akhir ini adalah sebagai berikut: 1. Mengetahui besarnya nilai faktor daya (cos phi) pada Semen Mill Indarung II PT. Semen Padang sebelum menggunakan kapasitor bank dan sesudah menggunakan kapasitor bank. 2. Mampu menghitung besar nilai daya reaktif (Qc) yang diperlukan untuk mengetahui besar nilai kapasitor bank yang harus dipasang pada Semen Mill Indarung II PT. Semen Padang. 3. Mampu membandingkan perhitungan nilai kapasitor bank yang harus dipasang dengan nilai kapasitor bank yang telah terpasang pada Semen Mill Indarung II PT. Semen Padang. 4. Mampu menganalisa hasil perbandingan nilai terhitung dan nilai terpasang kapasitor bank Semen Mill Indarung II PT. Semen Padang. 1.3 Perumusan Masalah Berdasarkan latar belakang diatas, maka dapat diambil perumusan masalah sebagai berikut: 1. Menghitung besar nilai kapasitor yang harus digunakan untuk memperbaiki faktor daya yang ada di Semen Mill Indarung II. Semen Padang. 2. Menganalisa hasil perhitungan besar nilai kapasitor bank yang harus dipasang pada Semen Mill Indarung II PT. Semen Padang. 3. Membandingkan antara perhitungan besar nilai kapasitor bank yang harus dipasang dengan besar nilai kapasitor bank yang telah terpasang pada Semen Mill Indarung II PT. Semen Padang.

14 4 1.4 Batasan Masalah Pembatasan terhadap permasalahan yang akan dibahas dalam laporan tugas akhir ini adalah sebagai berikut: 1. Menentukan besar nilai kapasitor bank yang harus digunakan pada Semen Mill Indarung II PT. Semen Padang. 2. Membandingkan hasil perhitungan besar nilai kapasitor bank yang harus digunakan dengan besar nilai kapasitor bank yang telah terpasang. 1.5 Metodologi Penulisan Dalam penulisan tugas akhir ini, penulis memperoleh data teknik, materi, dan ilmu yang menunjang pembahasan tugas akhir dengan menggunakan metode sebagai berikut: 1. Metode literatur Pencarian dan pengumpulan data melalui buku-buku referensi yang berhubungan dengan pembahasan yang dikerjakan. 2. Metode konsultasi/wawancara Mengadakan konsultasi atau tanya jawab dengan dosen pembimbing dan pihak-pihak yang dapat membantu dalam penyelesaian tugas akhir baik dalam memperoleh data atau dalam memberikan pendapat dan masukan tentang tugas akhir yang akan dikerjakan. 3. Metode observasi Melakukan pengamatan, pengukuran, dan praktek langsung dilapangan ataupun mengolah data tentang hal-hal yang menyangkut pembahasan tugas akhir yang dibuat.

15 5 1.6 Sistematika Penulisan Untuk mempermudah pembahasan, maka tugas akhir ini dibagi menjadi beberapa bab yang masing-masing diuraikan sebagai berikut: BAB I PENDAHULUAN Pada bab ini berisikan latar belakang, tujuan, batasan masalah, perumusan masalah, metodologi penulisan, dan sistematika penulisan. BAB II LANDASAN TEORI Menjelaskan mengenai teori dasar yang berkaitan dengan kapasitor, segitiga daya, faktor daya,koreksi faktor daya, metode perhitungan daya reaktif, serta hal yang berkaitan dengan pokok bahasan. BAB III PERHITUNGAN KOMPENSASI DAYA REAKTIF PADA SEMEN MILL INDARUNG II Pada bab ini berisi tentang perhitungan besarnya daya reaktif yang diperlukan untuk Semen Mill Indarung II PT. Semen Padang. BAB IV ANALISIS PERBANDINGAN Pada bab ini dibahas tentang perbandingan antara hasil perhitungan daya reaktif untuk penggunaan kapasitor bank dengan besarnya kapasitor bank yang terpasang pada Semen Mill indarung II PT. Semen Padang. BAB V PENUTUP Berisikan tentang kesimpulan atas pembahasan yang penulis lakukan, beserta saran-saran yang dianggap perlu.

16 BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Kapasitor Kapasitor adalah peralatan yang digunakan untuk menyimpan muatan listrik. Sebagai akibatnya, kapasitor merupakan suatu tempat penampungan (reservoir) dimana muatan dapat disimpan dan kemudian diambil kembali. Aplikasiaplikasinya yang umum meliputi kapasitor penampung dan kapasitor penghalus yang digunakan dalam catu daya, pencampuran sinyal-sinyal AC (arus bolakbalik) diantara tahapan-tahapan amplifier, dan pemisah sinyal-sinyal dalam catu daya (dengan kata lain secara efektif mentanahkan catu daya untuk sinyal-sinyal AC). Gambar II.1 Kapasitor pelat sejajar dasar 6

17 7 Suatu kapasitor membutuhkan tidak lebih dari dua buah pelat logam sejajar, seperti dilihatkan dalam gambar II.1. Jika saklar dibiarkan terbuka, tidak ada muatan yang muncul pada semua pelat dan dalam kondisi ini tidak adda medan listrik pada ruang diantara kedua pelat tersebut sehingga tidak akan ada muatan yang tersimpan didalam kapasitor tersebut. Pada rangkaian gambar II.2(a) jika saklar terbuka, tidak ada arus yang mengalir sehingga tidak akan ada muatan yang muncul di dalam kapsitor. Ketika saklar ditutup (lihat gambar II.2(b)), elektron-elektron akan tertarik dari pelat positif ke terminal positif baterai. Pada saat yang sama, elektron dalam jumlah yang sama akan bergerak dari terminal negatif baterai ke pelat negatif. Pergerakkan elektron yang mendadak ini akan diwujudkan berupa suatu lonjakan arus sementara. Pada akhirnya, akan terdapat cukup banyak elektron yang telah berpindah sehingga ggl (gaya gerak listrik) antara kedua pelat sama dengan yang dimiliki baterai. Dalam keadaan ini, kapasitor dikatakan bermuatan dan akan membentuk suatu medan listrik di dalam ruang antara kedua pelat. Jika beberapa saat kemudian, saklar dibuka (lihat gambar II.2 (c)) pelat positif akan mengalami kekurangan elektron sementara pelat negatif akan mengalami surplus elektron. Selanjutnnya, karena tidak ada jalur bagi arus untuk mengalir di antara kedua pelat tersebut, kapasitor akan tetap bermuatan dan suatu beda potensial akan tetap ada pada kedua pelat. Namun dalam prakteknya muatanmuatan yang tersimpan akan berkurang secara perlahan karena adanya resistansibocor (leakage resistance) di dalam kapasitor.

18 8 (a) (b) (c) Gambar II.2 Efek dari penerapan tegangan pada sebuah kapasitor (a) Kondisi awal (tidak bermuatan); (b) Muatan terkumpul saat diberi tegangan; (c) Muatan Tetap ada ketika tegangan dihilangkan Kapasitansi Satuan kapasitansi adalah farad (F). Sebuah kapasitor dikatakan memiliki kapasitansi 1 F jika arus sebesar 1 A (Ampere) mengalir di dalamnya ketika tegangan yang berubah-ubah dengan kecepatan 1 V/s diberikan pada kapasitor tersebut.

19 9 Arus yang mengalir di dalam sebuah kapasitor karenanya akan sebanding dengan hasil kali kapasitansi (C) dengan kecepatan perubahan tegangan yang diiberikan. Maka: i=c x (kecepatan perubahan tegangan)... (1) Kecepatan perubahan tegangan sering kali direpresentasikan oleh persamaan dv/dt dimana dv merepresentasikan perubahan tegangan yang sangat kecil yang berkaitan. Maka: i= C dv dt..... (2) Muatan, Energi, dan Kapasitansi Muatan atau kuantitas listrik yang dapat disimpan di dalam medan listrik antara pelat-pelat kapasitor akan sebanding dengan kapasitansi dari kapasitor. Energi yang tersimpan dalam suatu kapasitor berbanding lurus dengan hasilkali dari kapasitansi dengan kuadrat dari beda potensial. Kapasitansi suatu kapasitor bergantung pada dimensi-dimensi fisik kapasitor tersebut (yaitu ukuran pelatnya dan jarak pemisahnya) dan bahan dielektrik diantara kedua pelat. Untuk meningkatkan kapasitansi suatu kapasitor, banyak komponen praktis memanfaatkan beberapa pelat Spesifikasi dan Pemberian Tanda Kapasitor Spesifikasi suatu kapasitor umumnya mencakup nilai kapasitansi (dinyatakan dalam mikrofarad, nanofarad, dan pikofarad), rating tegangan (yaitu tegangan maksimum yang dapat diberikan secara terus-menerus kepada kapsitor tersebut pada kondisi-kondisi tertentu), dan ketepatan atau toleransi (dinyatakan sebagai presentase penyimpana maksimum yang diizinkan dari nilai yang tertera).

20 10 Pertimbangan lainnya ketika memilih kapasitor yang akan digunakan dalam aplikasi tertentu adalah koefisien suhu, arus bocor (leakage current), stabilitas, dan jangkauan suhu ambient. Tabel 1 merangkum sifat-sifat dari lima jenis kapasitor yang paling umum digunakan. Tabel 1. Karakteristik dari jenis-jenis umum kapasitor Parameter Jenis kapasitor Keramik Elektrolitik Film logam Mika Polyester Kisaran kapasitansi (F) 2,2 p hingga 100 n 10 n hingga 68 m 1 m hingga 16 m 2,2 p hingga 10 n 10 n hingga 2,2 m Toleransi tipikal (%) ±10 dan ±20-10 hinga +50 ±20 ±1 ±20 Rating tegangan tipikal (dc) 50 V hingga 250 V 66,3 V hingga 400 V 250 V hingga 600 V 350 V 250 V Koefisien suhu (ppm/ C) +100 hingga Tipikal hingga Stabilitas Cukup baik Buruk Cukup baik Sangat baik Baik Kisaran suhu ambient ( C) -85 hingga hingga hingga hingga +100 Aplikasi tipikal Pemisahan sinyal pada frekuensi tinggi Peralatan dan pemisah pada frekuensi tinggi Catu daya dan koreksi faktor daya Rangkaian penala, filter, dan osilator Segala jenis Sebagian besar kapasitor memberikan tanda tertulis yang menunjukkan nilai, tegangan kerja, dan toleransinya. Metode pemberian tanda tertulis yang paling umum bagi jenis kapasitor polyester yang dicelupkan dalam getah (resin) dan jenis-jenis lainnya adalah dengan mencantumkan nilai (µf, nf, atau pf), toleransi (seringkali antara 10% atau 20%), dan tegangan kerja (seringkali menggunakan _ dan ~ yang masing-masing untuk mengindikasikan tegangan dc dan ac).

21 11 Beberapa produsen menggunakan dua garis terpisah untuk memberikan tanda kapasitor mereka dan ini memiliki makna sebagai berikut: Garis pertama: kapasitansi (pf atau µf) dan toleransi (K = 10%, M = 20%). Garis kedua: rating tegangan dc dan kode untuk bahan dielektrik. Sebuah kode tiga digit umumnya digunakan untuk memberikan tanda kapasitor-kapasitor keramik monolitik. Dua digit pertama adalah dua digit pertama dari nilainya, sementara digit ketiga adalah pengali yang menunjukkan jumlah angka nol yang harus ditambahkan untuk memberikan nilainya dalam pikofarad Rangkaian Kapasitor Seri dan Paralel Untuk memperoleh suatu nilai kapasitansi tertentu, kapasitor-kapasitor tetap dapat disusun dalam bentuk seri maupun paralel seperti pada gambar II.3 dan gambar II.4. Kebalikan dari nilai kapasitansi efektif dari masing-masing rangkaian seri yang diperlihatkan dalam gambar II.3 adalah jumlah dari kebalikan kapasitansi-kapasitansi individualnya. Maka untuk gambar II.3 (a):?????????? (3) Sementara untuk gambar II.3 (b)??????????????.. (4) Gambar II.3 Kapasitor seri; (a) Dua kapasitor seri; (b) Tiga kapasitor seri

22 12 Untuk susunan kapasitor yang paralel, kapasitansi efektif dari rangkaian adalah jumlah dari kapasitansi individualnya. Maka untuk gambar II.4 adalah:??????????.... (5) Gambar II.4 Rangkaian kapasitor parallel Fungsi Kapasitor Dalam rangkaian listrik/elektronika, kapasitor mempunyai beberapa fungsi sebagai berikut: 1. Untuk mencegah loncatan bunga api listrik pada rangkaian yang mengandung kumparan. 2. Untuk arus DC berfungsi sebagai isolator/penahan arus listrik, sedangkan untuk arus AC berfungsi sebagai konduktor/melewatkan arus listrik. 3. Sebagai filter dalam rangkaian power supply (Catu Daya). 4. Sebagai kopling. 5. Sebagai pembangkit frekuensi dalam rangkaian osilator. 6. Sebagai penggeser fasa. 7. Sebagai pemilih gelombang frekuensi (Kapasitor Variabel yang digabungkan dengan Spul Antena dan Osilator). 8. Perata tegangan DC pada pengubah AC ke DC. 9. Untuk menghemat daya listrik pada lampu neon.

23 Segitiga Daya Daya didefinisikan sebagai laju energi yang dibangkirtkan atau dikonsumsi oleh suatu peralatan listrik, satuannya adalah Joule/detik atau watt yang disebut sebagai daya aktif (P). selain daya aktif dikenal juga daya reaktif (Q) dengan satuan VAR atau Volt-Ampere Reaktif. Segitiga daya dapat digambarkan pada gambar II.5. Gambar II.5 Segitiga Daya Daya reaktif tidak memiliki dampak apapun dalam kerja suatu beban listrik. Gabungan dari daya aktif dan daya reaktif adalah daya semu (S) dengan satuan VA atau Volt-Ampere. Jika digambarkan dalam segitiga daya maka daya semu merupakan sisi miring sedangkan daya aktif merupakan sisi datar dan daya reaktif merupakan sisi tegak lurus. Dari gambar II.5, maka dapat digunakan dalil phytagoras untuk menentukan nilai setiap sisi.???????? (6)??????? (7)???????? (8) Keterangan: S = Daya Semu (VA) Q = Daya reaktif (VAR) P = Daya nyata (Watt)

24 14 Faktor daya atau disebut juga dengan cos phi merupakan perbandingan antara daya aktif (W) dan daya semu (VA) atau dapat juga diartikan sebagai beda sudut fasa antara tegangan (V) dan arus (I) pada beban listrik sebesar sudut φ. Faktor daya dinotasikan dengan simbol cos φ yang dengan persamaan dinyatakan sebagai:????????.. (9) Keterangan: Cos φ = Faktor daya P S = Daya nyata (Watt) = Daya semu (VA) Untuk beban-beban yang dihubungkan paralel, daya aktif total adalah jumlah daya Watt dari semua beban yang digambarkan pada sumbu mendatar pada analisis grafis, sedangkan daya reaktif digambarkan pada sumbu vertikal. Untuk kapasitor yang menyuplai daya reaktif mempunyai polaritas berbeda dengan beban induktif yang menyerap daya reaktif Daya aktif (P) Daya aktif merupakan daya yang sesungguhnya digunakan oleh beban untuk melakukan kerja. Daya ini menunjukkan adanya hasil dari kerja yang dilakukan oleh beban berupa energi lain, misalnya energi mekanik pada motor listrik, energi cahaya pada lampu, dan energi panas pada heater. Satuan dari daya aktif yaitu Watt (W) atau bisa juga dengan satuan Horse Power (HP) dimana 1 HP setara dengan 746 watt. Besarnya daya listrik dirumuskan dengan persamaan berikut: Untuk 1 Phase: P = V I Cos φ.. (10) Untuk 3 Phase: P =? V I Cos φ (11)

25 Daya reaktif (Q) Daya Reaktif merupakan daya yang digunakan oleh beban induktif untuk pembentukan medan magnet pada kumparan-kumparannya. Seperti motor-motor listrik, transformator, lampu TL, dan peralatan listrik lainnya yang mengandung kumparan-kumparan. Satuan daya reaktif adalah Volt-Ampere Reaktif (VAR) yang dirumuskan dengan persamaan berikut: Untuk 1 Phase: Q = V I Sin φ.. (12) Untuk 3 Phase: Q =? V I Sin φ (13) Pada beban induktif, daya reaktif tidak memiliki dampak apapun terhadap kerja beban. Dengan kata lain daya ini tidak terlalu berguna bagi konsumen listrik sehingga pengendalian daya reaktif pada jaringan listrik AC sangatlah perlu diperhatikan terutama kalangan industri. Karena apabila daya reaktif yang digunakan besar maka dapat menyebabkan rendahnya faktor daya (cos?) sistem Daya semu (S) Daya semu merupakan daya yang dihasilkan dari perkalian antara tegangan RMS (V RMS ) dan arus RMS (I RMS ). Tegangan RMS dan arus RMS merupakan tegangan dan arus yang mengalir pada jaringan listrik AC. Daya semu memiliki satuan Volt-Ampere (VA) yang dirumuskan dengan persamaan berikut: Untuk 1 Phase: S = V I. (14) Untuk 3 Phase: S =? V I (15)

26 Faktor Daya Faktor daya adalah perbandingan antara daya aktif (W) dengan daya reaktif (VA). Daya reaktif yang tinggi akan meningkatkan sudut ini dan sebagai hasil faktor daya akan menjadi lebih rendah. Sebagian besar peralatan memerlukan dua komponen arus. Kedua komponen arus tersebut adalah sebagai berikut: a. Arus yang menghasilkan daya kerja adalah arus yang dikonversikan oleh peralatan menjadi kerja, umumnya dalam bentuk panas, cahaya, dan daya mekanik. satuan daya kerja yang dihasilkan yaitu watt (W). b. Arus magnetisasi adalah arus yang diperlukan untuk menghasilkan fluks untuk pengoperasian peralatan elektromagnetik. Tanpa arus magnetik, energi tidak mengalir melalui transformator atau menembus dua celah udara pada motor induksi. Daya reaktif yang dihasilkan diukur dalam satuan VAR. Faktor daya mempunyai nilai antara 0 1 dan dapat juga dinyatakan dalam persen. Faktor daya yang bagus apabila bernilai mendekati satu. Tan φ = Daya Reaktif (Q) / DayaAktif (P) = kvar / kw Karena komponen daya aktif umumnya konstan (komponen kva dan kvar berubah sesuai dengan faktor daya), maka dapat ditulis seperti berikut: Daya Reaktif (Q) = Daya Aktif (P) x Tan φ. (16) Sebuah contoh, rating kapasitor yang dibutuhkan untuk memperbaiki faktor daya sebagai berikut: Daya reaktif pada cos φ awal = Daya Aktif (P) x Tan φ1 Daya reaktif pada cos φ diperbaiki = Daya Aktif (P) x Tan φ2

27 17 Sehingga rating kapasitor yang diperlukan untuk memperbaiki faktor daya adalah: Daya reaktif (kvar) = Daya Aktif (kw) x (Tan φ1 - Tan φ2) Beberapa keuntungan meningkatkan faktor daya: 1. Tagihan listrik akan menjadi kecil (PLN akan memberikan denda apabila cos φ pada suatu industri atau perusahaan lebih kecil dari 0,85). 2. Kapasitas distribusi sistem tenaga listrik akan meningkat. 3. Mengurangi rugi rugi daya pada sistem kelistrikan. 4. Adanya peningkatan tegangan karena daya meningkat. Jika cos φ lebih kecil dari 0,85 maka kapasitas daya aktif (kw) yang digunakan akan berkurang. Kapasitas itu akan terus menurun seiring dengan menurunnya cos φ sistem kelistrikan. Akibat menurunnya nilai cos φ, maka akan timbul beberapa permasalahan diantaranya: 1. Membesarnya penggunaan daya listrik kwh karena rugi rugi. 2. Membesarnya penggunaan daya listrik kvar. 3. Mutu listrik menjadi rendah karena jatuh tegangan (voltage drops). Denda atau biaya kelebihan daya reaktif dikenakan apabila jumlah pemakaian kvarh suatu industri yang tercatat dalam sebulan lebih tinggi dari 0,62 jumlah kwh pada bulan yang bersangkutan sehingga cos φ rata rata kurang dari 0,85. Sedangkan perhitungan kelebihan pemakaian kvarh dalam rupiah menggunakan rumus sebagi berikut: Kelebihan pemakaian kvarh = [ B 0,62 ( A1 + A2 )] Hk (17) Keterangan: B = pemakaian kvarh A2 = pemakaian kwh LWBP A1 = pemakaian kwh WPB Hk = harga kelebihan pemakaian kvarh

28 18 Beberapa strategi untuk koreksi faktor daya adalah: 1. Meminimalkan operasi dari beban motor yang ringan atau tidak bekerja. 2. Menghindari operasi dari peralatan listrik diatas tegangan rata ratanya. 3. Mengganti motor motor yang sudah tua dengan energi efisien motor. Meskipun dengan energi efisien motor, bagaimana pun faktor daya dipengaruhi oleh beban yang bervariasi. Motor ini harus dioperasikan sesuai dengan kapasitas rata ratanya untuk memperoleh faktor daya tinggi. 4. Memasang kapasitor pada jaringan AC untuk menurunkan medan dari daya reaktif. Daya reaktif yang dibutuhkan oleh induktansi selalu mempunyai beda fasa 90 dengan daya aktif. Kapasitor menyuplai kvar dan melepaskan energi reaktif yang dibutuhkan oleh induktor. Ini menunjukan induktansi dan kapasitansi mempunyai beda fasa 180. Selain itu, pemasangan kapasitor dapat menghindari: 1. Trafo kelebihan beban (overload), sehingga memberikan tambahan daya yang tersedia. 2. Voltage drops pada line ends. 3. Kenaikan arus/suhu pada kabel, sehingga mengurangi rugi rugi. Untuk pemasangan kapasitor bank diperlukan: a. Kapasitor, dengan jenis yang cocok dengan kondisi jaringan. b. Regulator, dengan pengaturan daya tumpuk kapasitor otomatis. c. Kontaktor, untuk switching kapasitor. d. Pemutus tenaga, untuk proteksi tumpuk kapasitor.

29 19 Pada sistem daya listrik bolak-balik ideal, tegangan dan frekuensi pada setiap titik suplai haruslah konstan dan faktor daya haruslah tinggi atau satu. Parameterparameter tersebut mesti tidak bergantung pada ukuran dan karakteristik beban konsumen. Namun keadaan demikian tak akan pernah tercapai sehingga diupayakan sebuah manajemen suplai daya listrik baik oleh perusahaan daya maupun oleh konsumen untuk mendapatkan kualitas suplai yang diinginkan. Kompensasi beban adalah salah satu manajemen daya reaktif untuk meningkatkan kualitas suplai pada sistem daya listrik bolak-balik. Peralatan pengkompensasi tersebut biasanya dipasang dekat dengan beban dengan tujuan utamanya adalah memperbaiki faktor daya. Usaha membangkitkan sendiri faktor daya sedekat mungkin dengan beban yang membutuhkannya adalah metode yang dipakai untuk perbaikan faktor daya itu sendiri. Ini dilakukan akibat ketidak mungkinan mendapatkan suplai tersebut dari pusat pembangkit daya listrik. Perusahaan daya mempunyai alasan yang tepat untuk tidak menyuplai daya reaktif yang tidak perlu dari generator ke beban. Hal ini disebabkan karena kehadiran daya reaktif ini menyebabkan arus yang ditahan oleh kabel penghantar menjadi besar sehingga perlu menambah kapasitas kabel untuk membawa arus tersebut dan juga keberadaan arus yang besar ini jelas menambah rugi-rugi pada kabel. Secara umum, dimana beban sistem adalah linear dan harmonisa dapat diabaikan, maka faktor daya (cos φ) dapat didefinisikan sebagai: 1. Nilai cosinus dari sudut mendahului (leading) atau tertinggal (lagging) antara arus dan tegangan.

30 20 2. Rasio:??? resistansi impedansi??????????????????????????? 3. Rasio: daya aktif??? daya total???? kilowatt (kw) kilovoltampere (kva)??????????????? Sehingga dapat disimpulkan bahwa faktor daya tersebut merupakan nilai cosinus dari sudut yang terbentuk antara daya aktif dan daya total serta untuk tegangan yang sama juga identik dengan nilai cosinus dari sudut yang terbentuk antara arus aktif dan arus total Faktor Daya mendahului (Leading) Faktor daya dikatakan mendahului (leading) apabila memiliki karakteristik seperti berikut: 1. Apabila arus mendahului tegangan, tegangan terbelakang dari arus dengan sudut φ, seperti yang terlihat pada gambar II Beban atau peralatan listrik memberikan daya reaktif dari sistem atau beban yang bersifat kapasitif. 3. Faktor daya mendahului biasa terjadi pada beban kapasitif, seperti kapasitor, generator singkron, motor singkron, dan kondensor singkron Faktor Daya Tertinggal (Lagging) Faktor daya tertinggal atau biasa disebut dengan faktor daya lagging memiliki karakteristik seperti berikut: 1. Apabila tegangan mendahului arus, arus terbelakang dari tegangan, seperti pada gambar II.7.

31 21 2. Beban atau peralatan listrik memerlukan daya reaktif dari sistem atau beban yang bersifat induktif. 3. Faktor daya lagging ini terjadi pada beban induktif, seperti motor induksi, AC dan transformator. Gambar II.6 Gelombang pada Faktor Daya Mendahului (Leading) Gambar II.7 Gelombang pada Faktor Daya Tertinggal (Lagging)

32 Koreksi Faktor Daya Perbaikan faktor daya dapat diartikan sebagai usaha untuk membuat faktor daya atau cos φ mendekati 1. Faktor daya yang sering muncul adalah langging, akibat dari pemakaian beban induktif (motor atau trafo). Perbaikan dilakukan dengan memasang kapasitor pada masing-masing beban atau secara tersentralisir melalui kapasitor bank. Kapasitor yang akan digunakan untuk memperkecil atau memperbaiki faktor daya penempatannya ada tiga cara: 1. Global compensation Penempatan kapasitor dengan metode terpusat ditempatkan pada sumber energy listrik seperti pada sisi primer dan sekunder transformator atau bisa juga pada bus pusat pengontrolan. Keuntungan dari pemasangan kapasitor dengan metode terpusat ini adalah sebagai berikut: a. Arus reaktif akan mengalir ke seluruh jaringan yang berasal dari kapasitor shunt, yang mengakibatkan luas penampang kabel dan sistem proteksi yang dibutuhkan menjadi lebih besar. b. Apabila kapasitor shunt mengalami kerusakan, maka perbaikan faktor daya pada seluruh beban akan terganggu. Kekurangan dari pemasangan kapasitor bank dengan cara ini yaitu sebagai berikut: a. Switching peralatan pengaman bisa menimbulkan ledakan. b. Transient disebabkan oleh energizing grup kapasitor dalam jumlah besar. c. Hanya memberikan kompensasi pada sisi atasnya (upstream).

33 23 2. Group compensation Dengan metoda ini kapasitor yang terdiri dari beberapa panel kapasitor dipasang dipanel pusat. Cara ini cocok diterapkan pada industri dengan kapasitas beban terpasang besar sampai ribuan kva dan terlebih jarak antara panel pusat dan cabang cukup berjauhan. Keuntungan dari pemasangan kapasitor dengan cara ini yaitu sebagai berikut: a. Biaya pemasangan rendah. b. Kapasitansi pemasangan bisa dimanfaatkan sepenuhnya. c. Biaya pemeliharaan rendah. Kekurangan dari pemasangan kapasitor dengan menggunakan cara ini adalah: a. Perlu dipasang kapasitor bank pada setiap panel cabang. b. Hanya memberikan kompensasi pada sisi atas. c. Kebutuhan ruangan. 3. Individual compensation Penempatan kapasitor langsung pada masing-masing beban yang akan diperbaiki faktor dayanya. Adapun keuntungan dari pemasangan kapasitor dengan metode ini adalah sebagai berikut: a. Proses optimalisasi daya akan bekerja lebih efektif dibandingkan dengan metode lainnya. b. Arus reaktif langsung mengalir ke beban (tidak mengalir ke jaringan), sehingga penghantar dan sistem pengamannya dapat diperkecil. c. Rugi-rugi pada jaringan menjadi lebih kecil. d. Perbaikan faktor daya bisa langsung dilakukan pada beban, sehingga kapasitor bekerja pada saat beban bekerja.

34 24 Kapasitor yang akan digunakan untuk memperbesar faktor daya dipasang paralel dengan beban. Bila rangkaian itu diberi tegangan maka elektron akan mengalir masuk ke kapasitor. Pada saat kapasitor penuh dengan muatan elektron maka tegangan akan berubah. Kemudian elektron akan keluar dari kapasitor dan mengalir ke dalam rangkaian yang memerlukannya dengan demikian pada saat itu kapasitor membangkitkan daya reaktif. Salah satu fungsi dari kapasitor bank adalah untuk koreksi faktor daya. Secara sederhana kapasitor terdiri dari dua buah plat logam yang dipisahkan oleh suatu bahan dielektrik dan kapasitor ini memiki sifat menyimpan muatan listrik. Pada beberapa tahun yang lalu kebanyakan kapasitor terdiri dari dua buah plat aluminium murni yang dipisahkan oleh tiga atau lebih lapisan kertas yang dilapisi oleh bahan kimia. Keuntungan perbaikan faktor daya melalui pemasangan kapasitor adalah sebagai berikut: Bagi perusahaan 1. Diperlukan hanya sekali investasi untuk pembeli dan pemasangan kapasitor dan tidak ada biaya pemasangan terus menerus. 2. Mengurangi biaya pembayaran listrik bagi perusahaan karena daya reaktif (VAR) tidak dipasok dari PLN sehingga kebutuhan daya total (VA) berkurang dan denda yang harus dibayar jika beroperasi pada faktor daya yang rendah. 3. Mengurangi kehilangan distribusi (kwh) dalam jaringan pabrik. 4. Tingkat tegangan pada beban akhir meningkat sehingga meningkatkan kinerja motor.

35 25 Bagi PLN 1. Komponen reaktif pada jaringan akhir dan arus total pada sistem berkurang. 2. Kehilangan daya I 2 R dalam sistem berkurang karena penurunan arus. 3. Kemampuan kapasitas jaringan distribusi listrik meningkat, mengurangi untuk pemasangan kapasitas tambahan. 2.5 Kapasitor Bank Kapasitor adalah komponen yang dapat menyimpan muatan listrik. Kapasitansi didefinisikan sebagai kemampuan dari suatu kapasitor untuk dapat menampung muatan elektron. Sebuah kapasitor akan memiliki kapasitansi sebesar 1 farad jika tegangan 1 volt dapat memuat muatan elektron sebanyak 1 coulomb. Struktur sebuah kapasitor yang terbuat dari dua buah pelat metal yang dipisahkan oleh suatu bahan dielektrik. Jika kedua ujung pelat metal diberi tegangan listrik, maka muatan-muatan positif akan mengumpul pada salah satu kaki elektroda metalnya dan pada saat yang sama muatan-muatan negatif terkumpul pada ujung metal yang lain. Muatan positif tidak dapat mengalir menuju ujung kutub negatif dan sebaliknya, muatan negatif tidak dapat menuju ke ujung kutub positif. Hal ini dikarenakan kedua kutub ini dipisahkan oleh bahan dielektrik yang non-konduktif. Muatan elektrik ini tersimpan selama tidak ada konduksi pada ujung-ujung kakinya. Kapasitor yang akan digunakan untuk memperbesar faktor daya dipasang paralel dengan rangkaian beban. Apabila rangkaian diberi tegangan maka elektron akan mengalir masuk ke kapasitor. Pada saat kapasitor penuh dengan muatan elektron maka tegangan akan berubah.

36 26 Kemudian elektron akan keluar dari kapasitor dan mengalir kedalam rangkaian beban, maka saat itu kapasitor membangkitkan daya reaktif. Apabila tegangan yang berubah kembali normal, maka kapasitor akan menyimpan kembali elektronnya. Pada saat kapsitor mengeluarkan elektron (Ic) berarti kapasitor menyuplai daya reaktif ke beban. Karena beban bersifat induktif (+) sedangkan daya reaktif bersifat kapasitif (-) akibatnya daya reaktif akan menjadi kecil. Komponen-komponen yang digunakan dalam pemasangan kapasitor bank adalah sebagai berikut: 1. Main Switch Main switch yang terletak di dalam panel kapasitor bank ini pengaturannya menggunakan setting relay. Main switch sebagai peralatan kontrol dan isolasi pada saat pemeliharaan panel. Main switch dapat dilihat pada gambar II.8. Main switch adalah peralatan pemutus dan penyambung yang sifatnya on load, yakni dapat diputus dan disambung dalam keadaan berbeban. Gambar II.8 Main Switch

37 27 2. MCCB (Moulded Case Circuit Breaker) MCCB digunakan untuk mengamankan instalasi kabel dari breaker ke kapasitor bank dan juga kapasitor itu sendiri. MCCB dapat dilihat pada gambar II.9. MCCB berfungsi sebagai pemutus sirkuit pada tegangan menengah. 3. Kontaktor Gambar II.9 MCCB Gambar II.10 Kontaktor

38 28 Kontaktor digunakan sebagai peralatan kontrol seperti terlihat pada gambar II.10. Kontaktor ini merupakan komponen yang penting. Kontaktor merupakan saklar yang bekerja secara elektromagnetis untuk menyambung dan membuka rangkaian listrik. Kontaktor magnit bekerja untuk merubah kontak-kontak Normally Open (NO) dan Normally Close (NC). 4. Kapasitor Kapasitor digunakan sebagai pembangkit daya reaktif yang digunakan untuk mensuplai beban-beban seperti motor. Kapasitor dipasang secara paralel dengan beban. Kapasitor yang digunakan disesuaikan dengan kebutuhan beban. Beban daya pada area Semen Mill Indarung II sebesar 463,8 kw dan kapasitor yang dipasang yaitu kapasitor dengan 12 step dengan total daya 600 kvar. 2.6 Metode Perhitungan Daya Reaktif Untuk menentukan besarnya daya reaktif yang diperlukan untuk sistem kompensasi dapat dilakukan dengan menggunakan tiga buah metode termudah Metode sederhana Metode ini digunakan agar dengan cepat bisa menentukan daya reaktif (Qc). Qc = faktor pengali x daya beban (20) Angka yang harus diingat: 0.84 untuk setiap kw beban yaitu diambil dari: Perkiraan rata-rata faktor daya suatu industri: 0.65 Faktor daya yang diinginkan: 0.95 Faktor pengali diperoleh dari tabel cos φ (dapat dilihat pada lampiran).

39 29 Contoh: Untuk menghindari denda PLN suatu industri dengan beban 100 kw memerlukan daya reaktif (Qc) sebesar = 0.84 x 100 kw = 84 kva Metode kwitansi PLN Metode ini memerlukan data dari kwitansi PLN selama satu periode (misalnya satu tahun). Kemudian data perhitungan diambil dari pembayaran denda kvarh yang tertinggi. Data lain yang diperlukan adalah jumlah waktu pemakaian.???????????????????????????????????.. (21) Contoh: Suatu pabrik yang beroperasi 8 jam/hari membayar denda pemakaian kvarh tertinggi pada tahun yang lalu untuk kvarh. Maka diperlukan kapasitor bank dengan daya:???????????????????????????????????????????????????????????????????????? Metode cos φ Metode ini menggunakan tabel cos φ. Data yang diperlukan adalah daya beban total dan faktor daya sebelum perbaikan serta faktor daya yang diinginkan. Qc = faktor pengali x P (21) Faktor pengali diperoleh dari tabel cos φ (lihat pada lampiran) yang menggunakan nilai cos φ sebelum adanya perbaikan dan besarnya nilai cos φ yang ingin dicapai. P atau daya aktif (Watt) merupakan daya pada saat beban puncak.

40 30 Contoh: Sebuah instalasi pabrik memiliki faktor daya 0.70 untuk beban puncak 600kW. Untuk meningkatkan faktor daya menjadi 0.93 diperlukan daya kapasitor sebesar: Dari tebel cos φ didapat angka: 0.62 Qc = faktor pengali x P = 0.62 x 600 kw = 372 kvar Jika tidak memiliki data untuk daya beban, dapat juga dihitung menggunakan rumus: Daya beban= V x I cos φ x 3.. (22) Dimana: V I = tegangan jaringan/instalasi = Arus jaringan/instalasi Cos φ = Faktor daya jaringan/instalasi 2.7 Sistem Kelistrikan Semen Mill Indarung II Sumber kelistrikan pada Semen Mill Indarung II berasal dari PLN. Sistem kelistrikan semen mill indarung II dapat dilihat pada gambar II.5. Tegangan yang disalurkan dari PLN sebesar 6,3 kv. Hal ini dikarenakan pada beberapa motor menggunakan tegangan 6,0 kv. Pada penggunaan motor-motor yang berdaya rendah, tegangan 6,3 kv diturunkan menjadi 380V/220 V menggunakan trafo step down 4.1. Trafo 4.1 merupakan trafo yang digunakan untuk memenuhi kebutuhan listrik pada area Semen Mill Indarung II.

41 31 Setelah tegangan 6,3 kv diturunkan menjadi 380 V, maka tegangan ini dibagi menjadi beberapa cabang. Pembagian ini berdasarkan fungsi dan letaknya. Tegangan ini dibagi menjadi lima cabang sebagai berikut: 1. MDB (Main Distribution Board) Beban bertegangan rendah sebesar 380 V dilayani melalui MDB dengan supply dari HTDB (High Tension Distribution Board) yang diturunkan menggunakan trafo 6,3 kv / 380 V. Beban dari MDB adalah berupa MCC (Motor Control Center) dan motor bertegangan rendah dengan kapasitas daya 75 kw sampai dengan 315 kw. MDB terdiri dari beberapa sesi yang berisikan peralatan proteksi untuk beban, baik motor maupun MCC. MDB merupakan panel pendistribusi daya yang digunakan untuk motor yang mengangkut gypsum dan batu bara menuju tempat penyimpanan. MDB memiliki beban motor sebanyak 7 buah. 2. MDB (Main Distribution Board) Beban bertegangan rendah sebesar 380 V dilayani melalui MDB dengan supply dari HTDB yang diturunkan menggunakan trafo 6,3 kv / 380 V. Beban dari MDB adalah berupa MCC dan motor bertegangan rendah dengan kapasitas daya 75 kw sampai dengan 315 kw. MDB terdiri dari beberapa sesi yang berisikan peralatan proteksi untuk beban, baik motor maupun MCC. MDB merupakan panel pendistribusi daya yang digunakan untuk mensuplai motor-motor yang digunakan untuk mengangkut gypsum dan batu bara menuju mill. MDB dibagi kedalam dua cabang yang masing-masing dengan beban 8 buah motor dan 10 buah motor.

42 32 3. KAPASITOR BANK Kapasitor bank digunakan untuk mensuplai daya reaktif yang dibutuhkan pada motor. Sehingga daya reaktif yang dibutuhkan oleh motor tidak semuanya disuplay dari PLN. Kapasitor bank ini digunakan untuk memperbaiki faktor daya. 4. WELDING MILL Welding mill sudah tidak digunakan sehingga tidak dihitung bebannya. 5. TC (Transport Cement) Area Z1 TC merupakan area penyaluran semen menuju tempat penyimpanan. TC COS Z1 dibagi kedalam dua cabang masing-masing dengan beban 16 motor dan 1 motor. Gambar II.5 General Block Diagram Semen Mill Indarung II

43 BAB III PERHITUNGAN KOMPENSASI DAYA REAKTIF PADA SEMEN MILL INDARUNG II 3.1 Skema Studi Penggunaan Kapasitor Bank Kapasitor bank dibutuhkan untuk memperbaiki faktor daya yang rendah. Faktor daya yang kurang dari 0,85 akan didenda oleh PLN. Untuk menghindari denda ini maka diperlukan perbaikan pada faktor daya. Untuk lebih memahami langkah-langkah dalam pembuatan tugas akhir Studi Kelayakan Penggunaan Kapasitor Bank pada Semen Mill Indarung II PT. Semen Padang, maka dibuatlah flowchart. Berdasarkan gambar III.1 dapat dijelaskan langkah-langkah dalam menentukan kelayakan penggunaan kapasitor bank. Langkah pertama yang dilakukan yaitu mengambil yang dibutuhkan seperti daya beban pada saat beban puncak, cos φ awal, dan cos φ yang diinginkan. Setelah diperoleh data, maka dilakukan perhitungan daya reaktif yang dibutuhkan untuk kompensasi daya. Setelah diperoleh hasil perhitungan daya reaktif maka selanjutnnya dilakukan perbandingan dengan data yang ada di lapangan. Menentukan kelayakan dari penggunaan kapasitor bank yang ada di Semen Mill Indarung II PT. Semen Padang. 33

44 34 Mulai Data daya motor pada beban puncak, cos φ awal dan cos φ yang diinginkan Menghitung besarnya daya reaktif yang dibutuhkan untuk kompensasi daya Hasil perhitungan Membandingkan dan menganalisa hasil perhitungan dengan keadaan yang ada dilapangan Hasil perbandingan dan analisa Selesai Gambar III.1 Flowchart perhitungan kompensasi daya reaktif

45 35 Kapasitor bank dibutuhkan untuk memperbaiki faktor daya yang rendah. Faktor daya yang kurang dari 0,85 akan didenda oleh PLN. Untuk menghindari denda ini maka diperlukan perbaikan pada faktor daya. Berdasarkan flowchart di atas dapat dijelaskan langkah-langkah dalam menentukan kelayakan penggunaan kapasitor bank pada area Semen Mill Indarung II. Untuk dapat menghitung besarnya nilai kompensasi daya reaktif maka diperlukan beberapa data seperti daya beban total, cos φ awal, dan cos φ yang diinginkan Pengambilan Data Daya reaktif merupakan daya yang digunakan oleh beban induktif untuk pembentukan medan magnet pada kumparan-kumparannya. Seperti motor-motor listrik, transformator, lampu TL, dan peralatan listrik lainnya yang menggunakan kumparan-kumparan. Satuan daya reaktif adalah Volt-Ampere Reaktif (VAR). Beban yang digunakan pada PT. Semen Padang area Semen Mill Indarung II sebagian besar yaitu motor-motor induksi. Beban motor yang digunakan sebanyak 41 buah. Motor-motor ini memiliki daya yang berbeda-beda tergantung pada fungsi dan kegunaan motor tersebut. Daya motor yang digunakan yaitu berkisar antara <35 kw sampai >75kW. Data yang diambil berdasarkan kebutuhan perhitungan. Perhitungan daya reaktif ini mengunakan metode cos φ. Data yang dibutuhkan yaitu beban daya pada saat beban puncak, cos φ awal serta cos φ yang diinginkan.

46 36 Data yang diperoleh dari Semen Mill Indarung II yaitu sebagai berikut: Daya saat beban puncak Tegangan : 463,8 kw : 380 V Cos φ awal : 0,86 Cos φ yang diinginkan : 0, Perhitungan Daya Reaktif Setelah diperoleh data yang diperlukan, maka dilakukan perhitungan besarnya kompensasi daya reaktif yang dibutuhkan pada area Semen Mill. Perhitungan besar kompensasi daya reaktif dapat dilakukan menggunakan beberapa metode. Perhitungan ini menggunakan salah satu metode yaitu metode cos φ pada persamaan 21. Perhitungan ini membutuhkan tabel cos φ (dapat dilihat pada lampiran). Data yang diperlukan adalah daya beban total dan faktor daya sebelum menggunakan kapasitor bank serta faktor daya yang diinginkan. Jika tidak memiliki data untuk daya beban, dapat juga dihitung menggunakan rumus II.21. Data yang diperoleh dari Semen Mill Indarung II yaitu sebagai berikut: Daya saat beban puncak Tegangan : 463,8 kw : 380 V Cos φ awal : 0,86 Cos φ yang diinginkan : 0,96 Berdasarkan cos φ awal dan cos φ yang diinginkan, maka dapat ditentukan menggunakan tabel cos φ besarnya faktor pengali yang digunakan dalam perhitungan besarnya daya reaktif yang dibutuhkan.

47 37 Cos φ awal adalah 0,86 dan cos φ yang diinginkan adalah 0,96 maka dari tabel cos φ diperoleh faktor pengali sebesar 0,30. Untuk menghitung besarnya daya reaktif yang dibutuhkan dapat dilakukan dengan mengalikan besar beban daya pada saat keadaan puncak dengan faktor pengali. Maka daya reaktif yang diperlukan = faktor pengali x P = 0,30 x 463,8 = 139,14 kvar Pada keadaan semula, arus yang mengalir sebesar 1419,21 Amper, daya sebesar watt, frekuensi 50 Hz, dan tegangan 380 volt. Untuk menghitung besarnya nilai kapasitor yang digunakan untuk mencapai nilai cos φ yang diinginkan, terlebih dahulu dilakukan perhitungan untuk cos φ awal. Perhitungannya adalah sebagai berikut. S = V x I = 380 x 1419,21 = VA Cos φ = P S = = 0,86 φ = Cos -1 0,86 = 30,68 Q = S x Sin φ = x sin 30,68 = x 0,51 = VAR

48 38 R = = P I (1419,21) 2 = = 0,23 Ω XL = = Q I (1419,21) 2 = = 0,14 Ω Impedansi Z = R + jxl Z = 0,23 + j0,14 Ω Menghitung cos φ yang diinginkan yaitu 0,96, serta besarnya kapasitor yang digunakan untuk menghasilkan daya reaktif sehingga dapa dicapai target cos φ sesuai yang diinginkan. Untuk menghitung nilai kapasitor menggunakan rumus: Qc C = V 2 ω Dimana: Qc = Daya reaktif (Var) V = Tegangan (Volt) ω = 2πf

49 39 P S' = cos φ = ,96 = VA Cos φ' = 0,96 φ' = Cos -1 0,96 = 16,26 Q' = S' x Sin φ' = x Sin 16,26 = x 0,28 = VAR Qc = Q' Q = = VAR Qc = V 2 x XC Qc = V2 x 1 2πf C Qc C = V 2 x 2πf C = x 2 x 3,14 x C = x C = C = 0,00308 F C = 3,08 kf

50 Hasil Perhitungan Berdasarkan perhitungan daya reaktif diatas, maka diperoleh hasil kompensasi daya reaktif sebesar 139,14 kvar dan kapasitor yang digunakan untuk memperoleh cos φ dari 0,86 menjadi 0,96 dibutuhkan sebesar 3,08 kf. Hasil perhitungan ini digunakan sebagai acuan dalam menentukan atau memilih jenis kapasitor bank yang akan digunakan agar penggunaan kapasitor dapat seefektif mungkin dan menghindari pemborosan penggunaan kapasitor yang tidak sesuai dengan kebutuhan.

51 BAB IV ANALISIS PERBANDINGAN 4.1 Analisis Perbandingan Perhitungan besarnya daya reaktif yang dibutuhkan pada Semen Mill Indarung II PT. Semen Padang menggunakan metode cos φ. Setelah dilakukan perhitungan dengan cos φ awal 0,86 dan cos φ yang diinginkan sebebsar 0,96 maka diperoleh hasil perhitungan daya reaktif yang dibutuhkan untuk kompensasi sebesar 139,14 kvar. Kapasitor yang digunakan pada Semen Mill Indarung II PT. Semen Padang yaitu kapasitor bank merek Shizuki. Kapasitor ini memiliki 12 step kapasitor dengan setiap step kapasitor mampu menghasilkan daya reaktif sebesar 50 kvar. Jadi total nilai daya reaktif yang dihasilkan yaitu 12 x 50 kvar = 600 kvar. Pada tabel 3 dapat dilihat hasil perhitungan daya reaktif dan besar nilai kapasitor bank yang terpasang di lapangan. Tabel 2. Hasil Perhitungan daya reaktif dan kapasitor bank yang ada dilapangan Data pada Semen Mill Indarung II Cos φ awal : 0,86 Cos φ yang diinginkan: 0,96 P : 463,8 kw Hasil perhitungan daya reaktif 139,14 kvar Daya reaktif yang dihasilkan Kapasitor bank di lapangan total : 600 kvar dioperasikan : 300 kvar Berdasarkan perhitungan pada bab III, kompensasi daya reaktif yang dibutuhkan pada area Semen Mill Indarung II PT. Semen Padang adalah sebesar 139,14 kvar. Sedangkan kapasitor bank yang dipasang pada area Semen Mill Indarung II PT. Semen Padang mampu menghasilkan daya reaktif total sebesar 600 kvar. 41

52 42 Kapasitor bank yang digunakan memiliki 12 step dengan masing-masing step menghasilkan daya reaktif sebesar 50 kvar sehingga jumlah daya reaktif yang dihasilkan sebesar 600 kvar, namun pada kapasitor ini memiliki parameter kontrol yang memungkinkan untuk menentukan step yang digunakan. Step yang digunakan pada semen mill yaitu step 1,2,6,7,8, dan 9. Jadi step yang dioperasikan yaitu 6 step, sehingga daya reaktif yang dihasilkan sebanyak 300 kvar. Nilai ini dua kali lipat daripada nilai daya reaktif yang diperlukan. Jadi, kapasitor bank yang digunakan pada area Semen Mill Indarung II PT. Semen Padang lebih besar daripada hasil perhitungan. Seharusnya kapasitor bank yang digunakan tidak jauh melebihi kebutuhan. Kapasitor bank yang ada yaitu 8 step, 10 step, dan 12 step. Maka seharusnya kapasitor yang digunakan yaitu kapasitor bank dengan 8 step saja, karena sudah mencukupi kebutuhan daya reaktif yang diperlukan. Penggunaan kapasitor bank dengan 12 step merupakan pemborosan. 4.2 Kapasitor Bank pada Semen Mill Indarung II Komponen Kapasitor Bank Kapasitor bank dipasang secara paralel dengan beban. Komponen-komponen yang digunakan dalam pemasangan kapasitor bank adalah sebagai berikut. 1. Main Switch Main switch yang terletak di dalam panel kapasitor bank ini pengaturannya menggunakan setting relay. Main switch sebagai peralatan kontrol dan isolasi jika ada pemeliharaan panel. Main switch adalah peralatan pemutus dan penyambung yang sifatnya on load, yakni dapat diputus dan disambung dalam keadaan berbeban. Main switch dapat dilihat pada gambar IV.1.

53 43 Gambar IV.1 Main Switch 2. MCCB (Moulded Case Circuit Breaker) MCCB digunakan untuk mengamankan instalasi kabel dari breaker ke kapasitor bank dan juga kapasitor itu sendiri. MCCB biasanya digunakan sebagai alat proteksi dan pembatas arus pada tegangan menengah. Bentuk nyata dari MCCB dapat dilihat pada gambar IV Kontaktor Kontaktor digunakan sebagai peralatan kontrol. Kontaktor ini merupakan komponen yang penting. Kontaktor merupakan saklar yang bekerta secara elektromagnetis untuk menyambung dan membuka rangkaian listrik. Kontaktormagnit bekerja untuk merubah kontak-kontak Normally Open (NO) dan Normally Close (NC). Kontaktor dapat dilihat pada gambar IV.3

54 44 Gambar IV.2 MCCB Gambar IV.3 Kontaktor

55 45 4. Kapasitor Kapasitor digunakan sebagai pembangkit daya reaktif yang digunakan untuk mensuplai beban-beban seperti motor. Kapasitor dipasang secara paralel dengan beban. Kapasitor yang digunakan disesuaikan dengan kebutuhan beban. Beban daya pada area Semen Mill Indarung II sebesar 463,8 kw dan kapasitor yang dipasang yaitu kapasitor dengan 12 step dengan total daya reaktif yang mampu dihasilkan sebesar 600 kvar Spesifikasi Kapasitor Bank Kapasitor bank ini memiliki 12 step kapasitor dengan tiap step mampu menghasilkan daya reaktif sebesar 50 kvar. Jadi total daya reakttif yang dihasilkan yaitu 12x50 = 600 kvar. Kapasitor ini dirangkai dalam satu panel. Panel kapasitor bank dapat dilihat seperti pada gambar IV.4. Gambar IV.4 Panel Kapasitor Bank Shizuki 600 kvar

56 46 Main switch yang terletak di dalam panel kapasitor bank ini pengaturannya menggunakan setting-an relay. Main switch sebagai peralatan kontrol dan isolasi jika ada pemeliharaan panel. Main switch adalah peralatan pemutus dan penyambung yang sifatnya on load, yakni dapat diputus dan disambung dalam keadaan berbeban. Bentuk nyata dari main switch dan kontaktor dapat dilihat pada gambar IV.5. Gambar IV.5 Kontaktor dan MCCB pada Panel Kapasitor Bank MCCB (Moulded Case Circuit Breaker) digunakan untuk mengamankan instalasi kabel dari breaker ke kapasitor bank dan juga kapasitor itu sendiri. Sedangkan kontaktor digunakan sebagai peralatan kontrol. Kapasitor bank Shizuki ini dapat beroperasi baik secara manual maupun otomatis, tergantung pengaturan yang diinginkan user. Pengontrolan faktor daya

57 47 untuk kapasitor bank Shizuki ini juga disebut Power Faktor Controller Q- Automat/V Model MS-12Q. Peralatan ini berfungsi untuk mengatur agar daya reaktif yang akan disuplai 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 tidak dapat terbaca dan regulator ini yang akan mengatur kapan dan berapa daya reaktif yang diperlukan. Gambar IV.6 Power Faktor Controller Q-Automat/V Model MS-12Q Power faktor controller atau pengatur faktor daya menggunakan teknik numerik dalam menghitung perbedaan fasa antara arus dan tegangan. Pengatur faktor daya dirancang untuk mengoptimalkan pengontrolan kompensasi daya reaktif. Kompensasi daya reaktif dicapai dengan mengukur secara terus-menerus daya reaktif sistem, kemudian dikompensasi melalui switching kapasitor bank.