ANALISA PERBAIKAN FAKTOR DAYA UNTUK PENGHEMATAN BIAYA LISTRIK DI KUD TANI MULYO LAMONGAN

Transkripsi

1 ANALISA PERBAIKAN FAKTOR DAYA UNTUK PENGHEMATAN BIAYA LISTRIK DI KUD TANI MULYO LAMONGAN Sylvia Handriyani, Adi Soeprijanto, Sjamsjul Anam Jurusan Teknik Elektro FTI - ITS Abstrak Besarnya pemakaian energi listrik dipengaruhi oleh jenis beban yang dipakai. Beban memiliki sifat resistif, induktif, dan kapasitif. Sifat ini akan memiliki dampak pada sistem kelistrikan yaitu faktor daya. Semakin besar faktor daya (daya aktif besar) maka sistem listrik tersebut akan semakin bagus dan sebaliknya. Oleh karena itu ketika sistem memiliki faktor daya yang rendah (daya reaktif besar) maka PLN akan memberikan beban tarif tersendiri, sehingga dibutuhkan perbaikan faktor daya dengan menggunakan kapasitor. Sistem kelistrikan KUD Tani Mulyo Lamongan memiliki faktor daya yang rendah sehingga membutuhkan kapasitor untuk perbaikan faktor daya. Pada Tugas Akhir ini dilakukan simulasi pemasangan kapasitor sebesar 202,5 μf untuk meningkatkan faktor daya dari 0,65 menjadi 0,85. Hasil perhitungan menunjukkan pengeluaran biaya listrik perbulan turun dari Rp menjadi Rp Kata kunci faktor daya, kapasitor, biaya listrik D I. PENDAHULUAN I dalam kehidupan modern saat ini pemakaian energi listrik sangat besar. Besarnya energi atau beban listrik yang terpakai ditentukan oleh reaktansi (R), induksi (L) dan capasitansi (C).Besarnya pemakaian energi listrik ini disebabkan karena banyak dan beraneka ragam peralatan (beban) listrik nyang digunakan. Sedangkan beban listrik yang digunakan umumnya bersifat induktif dan kapasitif dimana beban induktif (positif) membutuhkan daya reaktif seperti trafo dan retifier, motor induksi (AC) dan lampu TL, sedang beban kapasitif (negatif) mengeluarkan daya reaktif. Daya reaktif ini merupakan daya tidak berguna sehingga tidak dapat dirubah menjadi tenaga akan tetapi diperlukan untuk proses transmisi energi listrik pada beban. Jadi yang menyebabkan pemborosan energi listrik adalah banyaknya peralatan yang bersifat induktif. Berarti dalam penggunaan energi listrik pelanggan tidak hanya dibebani oleh daya aktif (kw) saja tetapi juga daya reaktif (kvar). Penjumlahan kedua daya itu akan menghasilkan daya nyata yang merupakan daya yang disuplay oleh PLN. Jika nilai daya ini diperbesar yang biasanya dilakukan oleh pelanggan industri maka rugi-rugi daya menjadi besar sedangkan daya aktif (kw) dan tegangan yang sampai ke konsumen berkurang. Dengan demikian produksi pada industri itu akan menurun hal ini tentunya tidak boleh terjadi untuk itu suplay daya dari PLN harus ditambah berarti penambahan biaya. Karena daya itu P=V.I, maka dengan bertambah besarnya daya berarti terjadi penurunan harga V dan nainya harga I. Seperti kita ketahui bahwa harga cos Ө adalah mulai dari 0 s/d 1. Berarti kondisi terbaik yaitu pada saat harga P (kw) maksimum [P (kw)=s (kva)] atau harga cos Ө = 1 dan ini disebut juga cos Ө yang terbaik. Namun dalam kenyataan harga cos Ө yang ditentukan oleh PLN sebagai pihak yang mensuplay daya adalah sebesar 0,8. Jadi untuk harga cos Ө < 0,8 berarti pf dikatakan jelek. Jika pf pelanggan jelek (rendah) tentu kapasitas daya aktif (kw) yang dapat digunkan pelanggan akan berkurang. Kapasitas itu akan terus menurun seiring dengan semakin menurunnya pf sistem kelistrikan pelanggan. Akibat menurunnya pf maka akan muncul beberapa persoalan sbb: a. Membesarnya penggunaan daya listrik kwh karena rugi-rugi. b. Membesarnya penggunaan daya listrik kvar. c. Mutu listrik menjadi rendah karena jatuh tegangan. Secara teoritits sistem dengan pf yang rendah tentunya akan menyebabkan arus yang dibutuhkan dari pensuplay menjadi besar. Hal ini akan menyebabkan rugi-rugi daya (daya reaktif) dan jatuh tegangan menjadi besar. Dengan demikian denda harus dibayar sebab pemakaian daya reaktif meningkat menjadi besar. Denda atau biaya kelebihan daya reaktif dikenakan apabila jumlah pemakain kvarh yang tercatat dalam sebulan lebih tinggi dari 0,62 jumlah kwh pada bulan yang bersangkutan sehingga pf rata-rata kurang dari 0,85. Untuk memperbesar harga cos Ө yang rendah hal yang mudah dilakukan adalah memperkecil sudut Ө sehingga cos Ө mendekati 1. Sedangkan untuk memperkecil sudut Ө itu hal yang mungkin dilakukan adalah memperkecil komponen daya reaktif (kvar). Berarti komponen daya reaktif yang ada bersifat induktif harus dikurangi dan pengurangan itu bisa dilakukan dengan menambah suatu sumber daya reaktif yaitu berupa kapasitor. Proses pengurangan bisa terjadi karena kedua beban (induktor dan kapasitor) arahnya berlawanan akibat daya reaktif menjadi kecil. Bila daya reaktif menjadi kecil sementara daya aktif tetap maka harga pf menjadi besar akibatnya daya nyata (kva) menjadi kecil sehingga rekening listrik menjadi berkurang. Sedangkan keuntungan lain dengan mengecilnya daya reaktif adalah: -Mengurangi rugi-rugi daya pada sistem. -Adanya peningkatan tegangan karena daya meningkat. 1

2 II. TEORI PENUNJANG A. Segitiga Daya Segitiga daya digambarkan pada Gambar 1. Untuk beberapa beban yang dihubungkan pararel, P total adalah jumlah daya rata-rata dari semua beban, yang harus digambarkan pada sumbu mendatar untuk analisis grafis. Untuk beban induktif, Q digambarkan vertikal ke atas karena bertanda positif. Suatu beban kapasitif akan mempunyai daya reaktif negatif, dan Q digambarkan vertikal ke bawah. S P Gambar 1 Segitiga daya Faktor daya adalah perbandingan antara daya aktif (kw) P dengan daya total (kva) S, atau cosinus sudut antara daya aktif dan total. Daya reaktif yang tinggi akan meningkatkan sudut ini dan sebagai hasil faktor daya akan menjadi lebih rendah. Faktor daya selalu lebih kecil atau sama dengan satu. Secara teoritis, jika seluruh beban daya yang dipasok oleh perusaan listrik memiliki faktor daya satu, daya maksimum yang ditransfer setara dengan kapasitas sistem pendistribusian Sebagian besar peralatan memerlukan dua komponen arus. Kedua komponen arus tersebut adalah sebagai berikut : 1. 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 adalah watt. 2. Arus magnetisasi, adalah arus yang diperlukan untuk menghasilkan fluks untuk pengoperasian peralatan elektromagnetik. Tanpa arus magnetik, energi tidak mengalir melalui transformator atau menebus 2 celah udara pada motor induksi. Daya reaktif yang dihasilkan diukur dalam satuan VAR Q B. Kapasitor Bank untuk Koreksi Faktor Daya Perbaikan fakor daya dapat diartikan sebagai usaha untuk membuat fakor daya/cos φ mendekati 1. Faktor daya yang sering muncul adalah langging, akibat pemakaian beban induktif (motor/trafo) Perbaikan dilakukan dengan memasang kapasitor pada masing-masing beban atau secara tersentralisir melalui kapasitor bank. Kapasitor yang akan digunakan untuk memperkecil atau memperbaiki pf penempatannnya ada dua cara : 1. Metode terpusat. Kapasitor ditempatkan pada : a. Sisi primer dan sekunder transformator b. Pada bus pusat pengontrol 2. Metode tersebar. Kapasitor ditempatkan pada: a. Feeder kecil b. Pada rangkaian cabang c. Langsung pada beban Kapasitor yang akan digunakan utnuk memperbesar pf dipasang pararel beban atau jaringan. Bila rangkaian itu diberi tegangan maka ekeltron akan mengalir masuk ke kapasitor. Pada saat kapasitor penuh dengan muatan electron maka tegangan akan berubah. Kemudian electron 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 mempunyai sifat menyimpan muatan listrik. Pada beberapa tahun lalu kebanyakan kapasitor tersebut dari dua buah plat alumunium murni yang dipisahkan oleh tiga atau lebih lapasisan kertas yang dilapisi oleh bahan kimia. Kapasitor daya telah mengalami perkembangan yang begitu cepat selama 30 tahun terakhir. Karena bahan dielektrik yang digunakan lebih effisien serta teknologi pembuatan kapasitor lebih lebih baik. Secara teoritis sistem dengan pf yang rendah tentunya akan menyebabkan arus yang dibutuhkan dari pensuplai menjadi lebih besar. Hal ini akan menyebabkan rugi rugi daya (daya reaktif ) dan jatuh tegangan menjadi besar. Dengan demikian denda yang harus dibayar karena pemakaian daya reaktif meningkat menjadi besar. Denda atau biaya kelebihan daya reaktif dikenakan apabila jumalh pemakaian kvarh yang tercatat dalam sebulan lebih tinggi dari 0.62 jumlah kwh pada bulan yang bersangkutan sehingga pf rata-rata kurang dari Keuntungan perbaikan faktor daya melalui pemasangan kapasitor adalah : Bagi perusahaan Diperlukan hanya sekali investasi utnuk pembeli dan pemasangan kapsitor dantidak ada biaya pemasangan terus menerus Mengurangi biaya listrik bagi perusaan sebab a. reaktif (kvar) tidak dipasok oleh PLN sehingga kebutuhan total (kva) berkurang dan b. Nilai denda yang dibayar jika beroperasi pada factor daya rendah dapat dihindari Mengurangi kehilangan distribusi (kwh) dalam jaringan pabrik Tingkat tegangan pada beban akhir meningkat sehingga meningkatkan kinerja motor. Bagi PLN Komponen reaktif pada jaringan dan arus total pada sistem ujung akhir berkurang Kehilangan daya I 2 R dalam system berkurang karena penurunan arus Kemampuan kapasitas jaringan distribusi lintrik meningkat, menggurangi kebutuhan untuk memasang kapsitas tambahan. 2

3 C. Tarif Dasar Listrik Berdasarkan peraturan presiden Republik Indonesia no.8 tahun 2011, KUD Tani Mulyo yang berlangganana daya 3300 VA dari PLN termasuk alam golongan B-1/TR. Untuk golongan ini PLN menerapkan tarif sebesar Rp. 905/kWh. Untuk pelanggan yang faktor dayanya kurang dari 0,85 diwajibkan pula membayar biaya sebesar Rp. 905/kVAR. Hal ini bertujuan agar pelanggan memperhatikan penggunaan daya reaktif dari beban-beban yang digunakan. Jika daya reaktif yang diserap pelanggan semakin besar maka PLN harus menyalurkan daya total yang lebih besar. III. SISTEM KELISTRIKAN KUD TANI MULYO Single Line Diagram sistem kelistrikan pada KUD Tani Mulyo dapat dilihat pada Gambar 2. Gambar 2 Konfigurasi Sistem Kelistrikan KUD Tani Mulyo Dari Gambar 2 dapat dilihat bahwa beban yang digunakan pada KUD Tani Mulyo antara lain lampu penerangan, pemanas, pompa air, kulkas, AC dan komputer. Beban dibagi dalam 3 MCCB, yaitu pada bagian produksi, bagian kantor dan bagian luar. Beban terbesar terletak pada bagian kantor karena terdapat AC yang membutuhkan daya sebesar 7,2 kw. Secara umum, pola pemakaian beban listrik harian pada KUD Tani Mulyo dapat dibagi menjadi 2 yaitu pola untuk hari kerja dan pola untuk hari libur. Pola konsumsi daya aktif harian untuk hari kerja dapat dilihat pada Tabel 1. Pola konsumsi daya reaktif untuk hari kerja dapat dilihat pada Tabel 2. Pola konsumsi daya aktif harian untuk hari libur dapat dilihat pada Tabel 3. Pola konsumsi daya reaktif untuk hari libur dapat dilihat pada Tabel 4. Tabel 1 Pola Konsumsi Daya Aktif Pada Hari Kerja Heater Pompa Air Kulkas AC Komputer Aktif Gedung Parkir Total kwh = 184,33 kwh Tabel 2 Pola Konsumsi Daya Reaktif Pada Hari Kerja Heater Pompa Air Kulkas AC Komputer Reaktif Gedung Parkir Total kvarh = 195,82 kvarh 3

4 Tabel 3 Pola Konsumsi Daya Aktif Pada Hari Libur Heater Pompa Air Kulkas AC Komputer Aktif Gedung Parkir Total kwh = 23,24 kwh Tabel 4 Pola Konsumsi Daya Reaktif Pada Hari Libur Heater Pompa Air Kulkas AC Komputer Reaktif Gedung Parkir Total kvarh = 6,82 kvarh Dari keempat tabel di atas dapat dilihat bahwa konsumsi daya terbesar adalah pada hari kerja pukul yan memerlukan 16,3 kw dan 19,28 kvar. Faktor daya pada kondisi tersebut adalah: cos 16,3 0, ,3 19, 28 Faktor daya pada kondisi ini jauh di bawah 0,85. Oleh karena itu perlu dilakukan pemasangan kapasitor bank untuk meningkatkan faktor daya menjadi 0,85 Biaya perbulan yang harus dibayar oleh KUD Tani Desa adalah: Hari Kerja (26 hari) Biaya KWh = 184,33 KWh/hari x 26 hari x Rp 905/KWh = Rp Biaya KVARh = 195,82 KVARh/hari x 26 hari x Rp 905/KWh = Rp Hari Libur (4 hari) Biaya KWh = 23,24 KWh/hari x 4 hari x Rp 905/KWh = Rp Biaya KVARh = 6,82 KVARh/hari x 4 hari x Rp 905/KWh = Rp Total tagihan yang harus dibayar = KWh Kerja + KVARh Kerja + KWh Libur + KVARh Libur + 5%*( KWh Kerja + KVARh Kerja + KWh Libur + KVARh Libur) = Rp Rp Rp Rp %*( Rp Rp Rp Rp ) = Rp IV. PERHITUNGAN KAPASITOR DAN HASIL SIMULASI SETELAH PEMASANGAN KAPASITOR Target faktor daya setelah pemasangan kapasitor adalah 0,85 agar KUD Tani Desa tidak perlu membayar untuk pemakaian daya reaktif. Untuk mencapai target tersebut, nilai kapasitor yang dibutuhkan dapat dihitung sebagai berikut: Q 19,28kVAR 1 1 Q2 P tan(cos 0,85) 16,3 0, 62 10,1kVAR Q Q Q 9,18kVAR X C VLL 0,38 15,72 Q 9, C 202,5 F 2 f X , 72 C Jadi menurut perhitungan KUD Tani Desa harus memasang kapasitor bank dengan kapasitansi 202,5 μf untuk meningkatkan faktor daya menjadi 0,85. Simulasi dari pemasangan kapasitor dilakukan pada software ETAP 6. Contoh hasil simulasi untuk hari kerja pukul ditunjukkan oleh Gambar 3. Sedangkan Gambar 4 4

5 menunjukkan hasil simulasi untuk hari libur pukul dan Tabel 5 Hasil simulasi aliran daya pada hari kerja setelah pemasangan kapasitor Jam Total KWh Total KVARh Gambar 3 Hasil simulasi aliran daya setelah pemasangan kapasitor pada hari kerja pukul Total Tabel 6 Hasil simulasi aliran daya pada hari libur setelah pemasangan kapasitor Jam Total KWh Total KVARh Gambar 4 Hasil simulasi aliran daya setelah pemasangan kapasitor pada hari libur pukul Kapasitor bank yang menyuplai daya reaktif sebesar 9,18 kvar dipasang pada bus utama. Hasil simulasi pada Gambar 3 menunjukkan bahwa daya reaktif dari PLN yang semula 19,28 kvar turun menjadi 13 kvar. Demikian pula untuk hasil simulasi pada Gambar 3 menunjukkan bahwa daya reaktif dari PLN yang semula 1,69 kvar turun menjadi -6 kvar. Tanda negatif di sini berarti KUD Tani Mulyo justru akan menyuplai daya reaktif ke PLN. Hasil lengkap simulasi untuk hari kerja ditunjukkan pada Tabel 5, sedangkan hasil simulasi untuk hari libur ditunjukkan pada Tabel

6 Jam Total KWh Total KVARh Total Hasil simulasi pemakaian daya reaktif yang menunjukkan nilai negatif (menyuplai PLN) dituliskan dengan nilai 0 pada tabel. Biaya perbulan yang harus dibayar oleh KUD Tani Desa setelah pemasangan kapasitor adalah: Hari Kerja (26 hari) Biaya KWh = 184,33 KWh/hari x 26 hari x Rp 905/KWh = Rp Biaya KVARh = 0 Hari Libur (4 hari) Biaya KWh = 23,24 KWh/hari x 4 hari x Rp 905/KWh = Rp Biaya KVARh = 0 Total tagihan yang harus dibayar = KWh Kerja + KVARh Kerja + KWh Libur + KVARh Libur + 5%*( KWh Kerja + KVARh Kerja + KWh Libur + KVARh Libur) = Rp Rp %*( Rp Rp ) = Rp DAFTAR PUSTAKA [1] Dr. Ir. Adi Suprijanto, MT Sistem Distribusi Tenaga Listrik, Handout kuliah, Institut Teknologi Sepuluh Nopember. [2] Faulkenberry, Coffer Electrical Power Distribution and Transmission, New Jersey.Han, B.M., Baek, S.T., Kim, H.J., Choo, J.B., Jang, G.S., Novel Unified Power Flow Controller Based on H- Bridge Modules, Electric Power Systems Research, vol. 70, pp.64-75, [3] Prof. Ir. H. Ontoseno Penangsang, M.Sc, Ph.D Power Quality, Handout kuliah, Institut Teknologi Sepuluh Nopember. [4] Peraturan Presiden Republik Indonesia Nomor 8 Tahun 2011 Tentang Tarif Dasar Listrik yang Disediakan Oleh PT PLN BIODATA PENULIS Sylvia Handriyani adalah nama lengkap penulis yang dikenal dengan nama panggilan Sylvi. Penulis lahir di kota Lamongan pada tanggal 22 mei 1981 yang merupakan anak tunggal dari pasangan Drs. Paimin dab Sunartin S.Pd. Penulis memulai pendidikannya dari TK. Beringin Karanggeneng - Lamongan kemudian melanjutkan studinya di SDN Karanggeneng II Lamongan, SMP Negeri 1 Lamongan, dan SMU Negeri 1 Lamongan. Setelah lulus dari SMU pada tahun 1999, penulis melanjutkan studi di D1 Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya kemudia melanjutkan studi di Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nompeber Surabaya pada tahun Konsentrasi penulis adalah pada bidang studi Teknik Sistem Tenaga. Pada bulan Januari 2012 penulis mengikuti seminar dan ujian Tugas Akhir sebagai salah satu persyaratan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Elektro Total penghematan perbulan = Rp = Rp Rp. Biaya modal pemasangan kapasitor 9,18 kvar adalah sekitar Rp , jadi penghematan biaya listrik dalam sebulan sudah cukup untuk mengembalikan modal pemasangan kapasitor. V. KESIMPULAN 1. Untuk memperbaiki faktor daya dari 0,65 menjadi 0,85 dilakukan pemasangan kapasitor sebesar 9,18 KVAR. 2. Dengan pemasangan kapasitor, tagihan listrik PLN pada KUD Tani Desa dapat berkurang sebesar Rp perbulan. 3. Dengan investasi pembelian sebuah kapasitor 9,18 KVAR seharga Rp , investasi kapasitor akan mengalami BEP setelah satu bulan. 6