BAB III. PERANCANGAN PERBAIKAN FAKTOR DAYA (COS φ) DAN PERHITUNGAN KOMPENSASI DAYA REAKTIF

BAB III PERANCANGAN PERBAIKAN FAKTOR DAYA (COS φ) DAN PERHITUNGAN KOMPENSASI DAYA REAKTIF 3.1. Perancangan Perbaikan Faktor Daya ( Power Factor Correction ) Seperti diuraikan pada bab terdahulu, Faktor Daya atau faktor kerja menggambarkan sudut phasa antara daya aktif dan daya semu. Mengingat sebagian besar beban listrik di PT Indorama Ventures Indonesia bersifat induktif dengan Cos φ rata-rata 0.83, maka bertambahnya beban akan mengakibatkan komponen arus yang searah maupun tegak lurus dengan tegangan akan bertambah besar. Hal ini akan mengakibatkan perubahan daya kompleks dan Cos φ, sehingga faktor daya menjadi kecil sejalan dengan besarnya pertambahan beban induktif. Untuk menghindari hal tersebut harus diusahakan suatu cara untuk memperbaiki faktor daya sistem tersebut. Agar daya reaktif induktif tersebut dapat dikurangi maka pada instalasi tenaga listrik harus dipasang suatu alat yang dapat mensuplai daya reaktif kapasitif sehingga kerugian daya akibat adanya pembentukan medan magnet dapat dikurangi atau bahkan dihilangkan sama sekali. Untuk meningkatkan faktor daya yang rendah perlu dipasang kapasitor daya agar faktor daya meningkat. Dengan meningkatnya faktor daya maka jumlah daya komplekspun akan berkurang, dengan berkurangnya daya kompleks maka jumlah arus listrikpun akan berkurang, dimana hal ini akan mengakibatkan sistem menjadi lebih stabil. Untuk mengetahui besaran kapasitor yang dibutuhkan terhadap 38

39 perbaikan faktor daya di PT Indorama Ventures Indonesia, maka ditentukan beberapa tahapan sbb : 3.1.1 Seleksi Metode Koreksi Dalam menghitung daya reaktif yang diperlukan untuk suatu sistem kompensasi, ada 3 cara untuk menentukan daya reaktif ( Qc ) : 1) Metode sederhana Pada metode ini digunakan agar dengan cepat bisa menentukan daya reaktif yang akan dikompensasikan dengan menggunakan tabel pengali yang tersedia Contoh : Perkiraan rata-rata faktor daya suatu instalasi : 0.65 Faktor daya yang diinginkan : 0.95 Maka dari tabel Cos φ didapat angka 0.84 sebagai pengali Sehingga untuk menghindari denda PLN suatu instalasi dengan beban 100 kw memerlukan daya reaktif (Qc) sebesar 0.84 x 100 kw = 84 kvar 2) Metode Kwitansi PLN Metode ini memerlukan data dari kwitansi PLN selama satu periode (Misalnya 1 tahun). Kemudian data penghitungan diambil dari

40 pembayaran denda kvarh yang tertinggi. Data lain yang diperlukan adalah waktu pemakaian Contoh : Suatu pabrik yang beroperasi 8 jam/hari, membayar denda pemakaian kvarh tertinggi pada tahun lalu 63,504 kvarh. Maka diperlukan capacitor bank dngan daya : Qc = kvarh =, / = 265 kvarh 3) Metode Cos φ Metode Cos φ biasanya dipakai jika besarnya Daya listrik (p) & faktor daya (Cos φ) pada sistem distribusi listrik dapat diketahui : Daya beban (P) = 3. V L. I L. Cos φ Maka untuk menetukan daya reaktive nya (Q) ditentukan melalui persamaan : Q = P. Tan φ (kvar) Tinggal mencari berapa besarnya daya yang sebenarnya dan power factor tersebut akan dinaikkan. Setelah diketahui besarnya beban yang sebenarnya (P) dan rencana faktor daya yang akan dicapai, maka

41 dengan menggunakan tabel pengali, bisa didapatkan besarnya daya reaktif yang akan dikompensasi Sebagai contoh : Jika sebuah instalasi pabrik memilik faktor daya 0.70 pada beban puncak 600 kw. Maka untuk meningkatkan faktor daya menjadi 0.93 diperlukan daya kapasitor sebesar : Daya Listrik (p) = 600 kw pf (Cosφ) = 0.70 Maka daya reaktif nya (Q) Q = P. Tan φ Cos φ = 0.70 φ = 45.6 Sehingga Q = Tan 45.6 = 600 x 1.02 = 612 kvar Daya reaktif target : 0.93 Dari tabel didapat angka : 0.625 Maka koreksi faktor daya = 0.625 x 600 kw = 375 kvar

42 3.2 Identifikasi Type Beban Dalam sebuah industri dengan electrical multi source system seperti di PT Indorama Ventures Indonesia, biasanya power generatornya terhubung secara peralel dalam sebuah bus bar, dan tidak terdapat Main Distribution Panel (MDP) seperti pada umumnya industri dengan electrical single source system. Sehingga untuk mengetahui total daya reaktif, biasanya diukur pada tiap beban/ feeder. Proses identifikasi beban dapat dilakukan dengan menggunakan Single Line Diagram seperti pada gambar 3.1 dibawah Gambar 3.1 Single Line Diagram PT Indorama Ventures Indonesia

43 Hasil identifikasi beban di PT Indorama Ventures Indonesia diperoleh data, bahwa terdapat 16 beban/ feeder seperti dalam tabel dibawah, selanjutnya dilakukan pengukuran pada masing-masing beban/ feeder. No Feeder Keterangan 1 SDY - 1 Filament Yarn - 1 2 AIR - 2 Air Compressor - 2 3 AIR - 1 Air Compressor - 1 4 DT - REFF Draw Twisting - Reffrigerant 5 SDY - 2 Filament Yarn - 2 6 CP - 1 Polymerization Plan - 1 7 CP - 2 Polymerization Plan - 2 8 UDY Un Draw Yarn 9 AUX Auxilliary 10 WT - 2 Water Treatment - 2 11 DG - 2 Diesel Generator -2 12 REFF - 2 Reffrigerant = 2 13 DG - 1 Diesel Generator -1 14 SSP Solid State Polymerization 15 GENERATOR AUXILLIARY TRAFFO Auxilliary Transformator 16 GE # 8 dan GE # 9 TRAFFO Gas Engine # 8 & # 9 Transformator Tabel 3.2. Feeder di PT Indorama Ventures Indonesia

44 3.3 Pengukuran Daya Reaktif dengan PQA (Power Quality Analizer) Peralatan ukur yang digunakan dalam Tugas Akhir ini adalah Power Quality Alayzer HIOKI 3196 buatan Jepang. Peralatan ini dapat mengukur parameter-parameter seperti arus dan tegangan listrik, Frekuensi, tingkat harmonisa, bentuk tegangan gelombang tegangan dan arus listrik, flicker, ketidakseimbangan system 3 fasa, daya listrik, factor daya (Cos φ), distorsi daya listrik, serta kualitas daya listrik secara umum. Hasil pengukuran faktor daya dengan menggunakan Power Quality Analyzer menghasilkan nilai Power Factor yang bervariasi terhadap masingmasing beban/ feeder seperti terlihat dalam tabel 3.3 berikut ini : Tabel 3.3 Hasil Pengukuran Power Factor dengan PQA

45 3.4 Menentukan Power faktor Correction pada tiap beban ( Feeder) 1) SDY-1 Daya listrik (P) = 2205 kw pf (Cosφ) = 0.82 Maka Daya reaktif (Q) pada Cos φ 0.82 : Q = P.Tan φ Cos φ = 0.82 φ = 34.92 Sehingga Q = 2,205 x Tan 34.92 = 2,205 x 0.7 = 1,544 kvar Cos φ 1 = 0.82 Tan φ 1 = 0.70 Faktor daya diinginkan Cos φ2 = 0.95 Tan φ2 = 0.33 Dari tabel pengali didapat 0.37 = Tan φ 1 - Tan φ2 = 0.70-0.33 = 0.37 Pf correction = P x 0.37 = 2,205 x 0.37 = 815.85 kvar

46 2) AIR-2 Daya listrik (P) = 2484 kw pf (Cosφ) = 0.90 Maka Daya reaktif (Q) pada Cos φ 0.90 : Q = P.Tan φ Cos φ = 0.90 φ = 25.84 Sehingga Q = 2,484 x Tan 25.84 = 2,484 x 0.48 = 1,203 kvar Cos φ 1 = 0.90 Tan φ 1 = 0.49 Faktor daya diinginkan Tan φ 2 = 0.33 Dari tabel pengali didapat 0.16 = 0.49-0.33 = 0.16 Pf correction = P x.0.16 = 2484 x 0.16 = 397,44 kvar

47 3) AIR-1 Daya listrik (P) = 1515 kw pf (Cosφ) = 0.89 Maka Daya reaktif (Q)pada Cos φ 0.89 Q = P.Tan φ Cos φ = 0.89 φ = 27.13 Sehingga Q = 1515 x Tan 27.127 = 1515 x 0.51 = 776.17 kvar Cos φ 1 = 0.89 Tan φ 1 = 0.51 Faktor daya diinginkan = 0.95 Tan φ2 = 0.33 Dari tabel pengali didapat = 0.18 = 0.51-0.33 = 0.18 Pf correction = P x 0.18 = 1515 x 0.18 = 272.7 kvar

48 4) DT - REFF Daya listrik (P) = 2094 kw pf (Cosφ) = 0.88 Maka Daya reaktif (Q) pada Cos φ 0.88 : Q = P.Tan φ Cos φ = 0.88 φ = 28.36 Sehingga Q = 2094 x Tan 28.36 = 2094 x 0.54 = 1130 kvar Cos φ 1 = 0.88 Tan φ 1 = 0.54 Faktor daya diinginkan = 0.95 Tan φ2 = 0.33 Dari tabel pengali didapat = 0.21 = 0.54-0.33 = 0.21 Pf correction = P x 0.21 = 2094 x 0.21 = 439.74 kvar

49 5) SDY - 2 Daya listrik (P) = 2544 kw pf (Cosφ) = 0.83 Maka Daya reaktif (Q) pada Cosφ 0.83 : Q = P.Tan φ Cos φ = 0.83 φ = 33.9 Sehingga Q = 2544 x Tan 33.9 = 2544 x 0.67 = 1709 kvar Cos φ 1 = 0.83 Tan φ 1 = 0.67 Faktor daya diinginkan = 0.95 Tan φ2 = 0.33 Dari tabel pengali didapat = 0.34 = 0.67-0.33 = 0.34 Pf correction = P x 0.34 = 2544 x 0.34 = 864.96 kvar

50 6) CP - 2 Daya listrik (P) = 936 kw pf (Cosφ) = 0.83 Maka Daya reaktif (Q) pada cos φ 0.83 : Q = P.Tan φ Cos φ = 0.83 φ = 33.9 Sehingga Q = 936 x Tan 33.9 = 936 x 0.67 = 627 kvar Cos φ 1 = 0.83 Tan φ 1 = 0.67 Faktor daya diinginkan = 0.95 Tan φ2 = 0.33 Dari tabel pengali didapat = 0.34 = 0.67-0.33 = 0.34 Pf correction = P x 0.34 = 936 x 0.34 = 318.24 kvar

51 7) CP - 2 Daya listrik (P) = 1354 kw pf (Cosφ) = 0.85 Maka Daya reaktif (Q) pada Cos φ 0.85 : Q = P.Tan φ Cos φ = 0.85 φ = 31.8 Sehingga Q = 1354 x Tan 31.8 = 1354 x 0.62 = 839 kvar Cos φ 1 = 0.85 Tan φ 1 = 0.62 Faktor daya diinginkan = 0.95 Tan φ2 = 0.33 Dari tabel pengali didapat = 0.29 = 0.62-0.33 = 0.29 Pf correction = P x 0.29 = 1354 x 0.29 = 392.66 kvar

52 8) UDY Daya listrik (P) = 643 kw pf (Cosφ) = 0.84 Maka Daya reaktif (Q) pada Cos 0.84 : Q = P.Tan φ Cos φ = 0.84 φ = 32.86 Sehingga Q = 643 x Tan 32.86 = 643 x 0.65 = 415.34 kvar Cos φ 1 = 0.84 Tan φ 1 = 0.65 Faktor daya diinginkan = 0.95 Tan φ2 = 0.33 Dari tabel pengali didapat = 0.32 = 0.65-0.33 = 0.32 Pf correction = P x 0.32 = 643 x 0.29 = 186.47 kvar

53 9) AUX Daya listrik (P) = 477 kw pf (Cosφ) = 0.81 Maka Daya reaktif (Q) pada cos φ 0.81 : Q = P.Tan φ Cos φ = 0.81 φ = 35.9 Sehingga Q = 477 x Tan 35.9 = 477 x 0.73 = 343.44 kvar Cos φ 1 = 0.81 Tan φ 1 = 0.73 Faktor daya diinginkan = 0.95 Tan φ2 = 0.33 Dari tabel pengali didapat = 0.40 = 0.73-0.33 = 0.40 Pf correction = P x.0.40 = 477 x 0.40 = 190.8 kvar

54 10) WT-2 Daya listrik (P) = 1952 kw pf (Cosφ) = 0.86 Maka Daya reaktif (Q) Q = P.Tan φ Cos φ = 0.86 φ = 30.7 Sehingga Q = 1952 x Tan 30.7 = 1952 x 0.59 = 1159 kvar Cos φ 1 = 0.86 Tan φ 1 = 0.59 Faktor daya diinginkan = 0.95 Tan φ2 = 0.33 Dari tabel pengali didapat = 0.26 = 0.59-0.33 = 0.26 Pf correction = P x 0.26 = 1952 x 0.26 = 507.52 kvar

55 11) DG-2 Daya listrik (P) = 312 kw pf (Cosφ) = 0.80 Maka Daya reaktif (Q) pada Cos φ 0.80 Q = P.Tan φ Cos φ = 0.80 φ = 36.87 Sehingga Q = 312 x Tan 36.87 = 312 x 0.75 = 234 kvar Cos φ 1 = 0.80 Tan φ 1 = 0.75 Faktor daya diinginkan = 0.95 Tan φ 2 = 0.33 Dari tabel pengali didapat = 0.42 = 0.75-0.33 = 0.42 Pf correction = P x. 0.42 = 312 x 0.42 = 131.04 kvar

56 12) REFF-2 Daya listrik (P) = 344 kw pf (Cosφ) = 0.87 Maka Daya reaktif (Q) pada Cos φ -.87 : Q = P.Tan φ Cos φ = 0.87 φ = 29.54 Sehingga Q = 344 x Tan 29.54 = 344 x 0.57 = 195 kvar Cos φ 1 = 0.87 Tan φ 1 = 0.57 Faktor daya diinginkan = 0.95 Tan φ 2 = 0.33 Dari tabel pengali didapat = 0.24 = 0.57-0.33 = 0.24 Pf correction = P x 0.24 = 344 x 0.24 = 82.56 kvar

57 13) REFF-2 Daya listrik (P) = 639 kw pf (Cosφ) = 0.69 Maka Daya reaktif (Q) pada Cos φ 0.69 : Q = P.Tan φ Cos φ = 0.69 φ = 46.4 Sehingga Q = 639 x Tan 46.4 = 639 x 1.05 = 67.1 kvar Cos φ 1 = 0.69 Tan φ 1 = 1.05 Faktor daya diinginkan = 0.95 Tan φ 2 = 0.33 Dari tabel pengali didapat = 0.72 = 1.05-0.33 = 0.72 Pf correction = P x 0.72 = 639 x 0.72 = 460.08 kvar

58 14) SSP Daya listrik (P) = 1100 kw pf (Cosφ) = 0.89 Maka Daya reaktif (Q) Q = P.Tan φ Cos φ = 0.89 φ = 27.13 Sehingga Q = 1100 x Tan 27.13 = 1100 x 0.51 = 563.63 kvar Cos φ 1 = 0.89 Tan φ 1 = 0.51 Faktor daya diinginkan = 0.95 Tan φ 2 = 0.33 Dari tabel pengali didapat = 0.18 = 0.51-0.33 = 0.18 Pf correction = P x 0.18 = 1100 x 0.18 = 198 kvar

59 15) Gen Aux Traffo Daya listrik (P) = 191 kw pf (Cosφ) = 0.77 Maka Daya reaktif (Q) pada Cos φ 0.77 : Q = P.Tan φ Cos φ = 0.77 φ = 39.65 Sehingga Q = 191 x Tan 39.65 = 191 x 0.83 = 158.7 kvar Cos φ 1 = 0.77 Tan φ 1 = 0.83 Faktor daya diinginkan = 0.95 Tan φ 2 = 0.33 Dari tabel pengali didapat = 0.50 = 0.83-0.33 = 0.50 Pf correction = P.0.50 = 191 x 0.50 = 95.5 kvar

60 16) GE 8 & 9 Traffo Daya listrik (P) = 176 kw pf (Cosφ) = 0.82 Maka Daya reaktif (Q) pada Cos φ 0.82 : Q = P.Tan φ Cos φ = 0.82 φ = 34.92 Sehingga Q = 176 x Tan 34.92 = 176 x 0.70 = 122.87 kvar Cos φ 1 = 0.82 Tan φ 1 = 0.70 Faktor daya diinginkan = 0.95 Tan φ 2 = 0.33 Dari tabel pengali didapat = 0.37 = 0.70-0.33 = 0.37 Pf correction = P x 0.37 = 176 x 0.37 = 65.12 kvar

61 3.5 Rekapitulasi Power Factor Correction Tabel 3.4 Rekapitulasi Power Factor Correction Dari tabel dapat dilihat bahwa hasil pengukuran dengan menggunakan Power Factor Analyzer (PQA) rata-rata power faktor di PT Indorama Ventures Indonesia pada beban 18,956 kw adalah 0.83, dengan menggunakan persamaan (2;2), didapat nilai daya reaktif sebesar 9,311 kvar, sehingga dapat ditentukan Power Factor Correction sebesar 5,419 kvar Dari proses perhitungan dapat terlihat pula bahwa pada daya aktif yang sama, maka semakin kecil sudut phasa maka semakin kecil pula harga daya reaktif.

62 3.6 Pengaruh Perbaikan Power Factor terhadap Arus Listrik Setelah kita menghitung daya reaktif dan power factor correction maka kita akan lihat pengaruh power factor terhadap arus listrik sebagai berikut : Dari tabel (3.4) diketahui : P tot = 18,956 kw V = 6,600 Volt Cos φ ave = 0.83 Pada saat faktor daya 0.83 P = 3. V.I. Cos φ I = =..,,. = 1,998 ampere Jika faktor daya dinaikkan menjadi 0.95, maka P = 3. V.I. Cos φ I = =..,,. = 1745 ampere Pengaruh terhadap Arus listrik = ( ) x 100% = 12.67 % atau setara 13%

63 Dari hasil perhitungan diatas terlihat bahwa semakin besar harga faktor daya, maka arus listrik yang mengalir pada jaringan distribusi menjadi semakin kecil, sehingga hal ini sangat berpengaruh terhadap perlengkapan listrik, baik mengenai cable size, electrical protection (pengaman listrik), biaya listrik, kapasitas trafo, reliability (ketahanan) peralatan listrik, serta besarnya pembangkitan. 3.7 Perhitungan Kapasitor Daya Jika melihat kondisi dipasaran, kapasitor untuk kompensator sebuah sistem sudah berupa modul, biasanya per-set/ per-bank terdiri dari beberapa buah kapasitor yang dihubungkan (delta), tapi dalam perkembangannya beberapa variant kapasitor dapat diparalel tanpa batasan kvar. Dimana interval/ range dari ukurannya pun cukup beragam, tergantung dari pembuatnya, yaitu mulai dari nilai (kvar) yang paling kecil untuk low voltage sampai yang paling besar untuk keperluan High Voltage, tergantung type kapasitornya. Ini berarti penentuan kapasitor daya melalui perhitungan nilai tidak bisa tepat sesuai dengan kebutuhan yang sebenarnya. Dari hasil perhitungan diatas, power factor correction adalah 5,419 kvar/ 6,600 V. Dengan menggunakan selection switch kontrol yaitu manual dan automatic compensation, maka dalam pemasangannya nanti system ini dirancang menggunakan 1 modul 10 step dengan tiap bank mengoreksi atau mengkompensasi 550 kvar.

64 Dengan susunan/ konfigurasi sebagai berikut : Q tot = Q 1 + Q 2 + Q 3 + Q 4 + Q 5 + Q 6 + Q 7 + Q 8 + Q 9 + Q 10 5500 = 550+550+550+550+550+550+550+550+550+550......Lihat lampiran Rangkaian Capacitor Bank 5500 kvar, 1 modul 10 step dan Single line Diagram Capacitor Bank 1 Modul 10 step Tetapi berdasarkan interval ukuran yang umum tersedia dipasaran, dimana 1 modul biasanya terdiri dari 8 12 step, maka alternative untuk capacitor bank yang dirancang untuk diinstal, menggunakan 1 modul 12 step, dengan koreksi tiap step sebesar 500 kvar dan susunan/ konfigurasi sebagai berikut : Q tot = Q 1 + Q 2 + Q 3 + Q 4 + Q 5 + Q 6 + Q 7 + Q 8 + Q 9 + Q 10 + Q 11 + Q 12 5500 = 500+500+500+500+500+500+500+500+500+500+250+250......Lihat lampiran Rangkaian Capacitor Bank 5500 kvar, 1 modul 12 step dan Single line Diagram Capacitor Bank 1 Modul 12 step Dengan menggunakan persamaan : Ic = Maka besarnya kapasitor tiap-tiap modul dapat ditentukan sebagai berikut : Jika daya reaktif 3 phasa : 550 kvar ( 550,000 VAR ) Daya reaktif tiap phasa : 183,333 kvar ( 183,333 VAR ) Tegangan Listrik antar Phasa : 6600 volt Frekwensi : 50 Hz

65 Maka arus kapasitor tiap phasa ( Ic ) adalah : Ic =, = 27.8 ampere Reaktansi kapasitif (Xc) adalah: Xc = Xc =. = 237 Ω Kapasitor yang diperlukan tiap phasa adalah : C = ⁶.. karena Xc = ⁶.. C = ⁶. = 1,343 μf Jika dihubungkan delta, maka total kapasitor untuk tiap modul adalah : C = 3 x Kapasitas tiap phasa = 3 x 1,343 = 2,327 μf Berdasarkan perhitungan diatas, dimana power factor correction yang diperlukan cukup besar yaitu mencapai 5500 kvar pada tegangan jaringan 6,600 Volt, maka nilai total kapasitansi adalah :

66 C tot = C1 + C2 + C3 + C4 + C5 + C6 + C7 + C8 + C9 + C10 = 2,327 μf x 10 = 23,270 μf Dalam sistem distribusi, penentuan modul sangat berpengaruh pada sisi ekonomis, kehandalan (reliability), efisiensi dan sistem kontrolnya, dimana semakin sedikit jumlah modul yang ditetapkan maka secara ekonomis memang akan menjadi lebih murah dibandingkan dengan menggunakan lebih banyak modul, tetapi sisi kelemahan memerlukan sistem kontrol faktor daya yang relatif lebih rumit. Untuk itu perlu kajian (feasibility study) lebih mendalam, agar mendapatkan pilihan yang tepat, karena meskipun menggunakan sedikit modul akan menjadi lebih mahal dalam investasinya, tetapi efisiensinya lebih terjamin.