Ketika muncul kebutuhan untuk mengoreksi faktor daya buruk

Koreksi Faktor Daya
Ketika
muncul kebutuhan untuk mengoreksi faktor daya buruk dalam
sistem tenaga listrik, kita mungkin tidak memiliki kemapanan untuk
mengetahui persis berapa beban induktansi dari panel distribusi listrik kita
dalam satuan henri yang digunakan sebagai bahan perhitungan. Kita
mungkin cukup beruntung jika memiliki alat yang disebut sebagai faktor
daya meter untuk menunjukkan kepada kita berapa faktor daya yang
terukur, data ukur pada alat ini berkisar diantara 0 dan 1. Daya semu
(apparent power) dapat diketahui dengan cara mengukur tegangan dengan
sebuah voltmeter dan hasilnya dikalikan dengan arus hasil pengukuran
dengan sebuah ammeter. Dalam keadaan tertentu kita mungkin harus
menggunakan sebuah osiloskop untuk membandingkan bentuk gelombang
tegangan dan arus, mengukur derajat pergeseran phasa dan menghitung
faktor daya dengan kosinus dari pergeseran phasa itu.
Kemungkinan besar, kita mengakses alat pengukur watt untuk mengukur
daya aktif, dan membandingkannya dengan perhitungan daya semu dari
total perkalian tegangan dan arus hasil pengukuran. Dari nilai-nilai daya
aktif dan daya semu, kita dapat menentukan daya reaktif dan faktor daya
yang kita punya saat itu. Sebagai bahan acuan, mari kita mengerjakan satu
contoh masalah untuk mengetahui bagaimana cara kerjan pengukuran
factor daya praktis, seperti diperlihatkan oleh gambar Gbr.1 di bawah ini:
Pertama, kita perlu menghitung daya semu dalam kVA. Kita dapat
melakukan ini dengan mengalikan tegangan dengan arus beban seperti
diatas (Wattmeter membaca daya aktif, hasil dari pembacaan voltmeter dan
ammeter menghasilkan daya semu).
Seperti yang kita lihat, 2,2 kVA adalah besaran yang jauh lebih besar dari
1,5 kW, yang mengatakan kepada kita bahwa faktor daya di sirkuit ini agak
miskin (secara substansial kurang dari 1). Sekarang kita cari faktor daya
beban ini dengan membagi daya aktif dengan daya semu :
Dengan menggunakan nilai ini untuk faktor daya, kita dapat membuat
segitiga daya seperti gambar Gb.2 dalam menentukan daya reaktif dari
beban rangkaian tersebut.
Untuk menentukan hal yang belum diketahui (daya reaktif) dari besaran
segitiga, kita dapat menggunakan Teorema Pythagoras, mengingat panjang
sisi miring (daya semu) dan panjang sisi yang berdekatan (true power)
maka:
Jika beban adalah motor listrik atau mesin industry arus bolak-balik lainnya,
ia akan memiliki faktor daya tertinggal (induktif), yang artinya bahwa kita
harus mengkoreksinya dengan ukuran kapasitor yang sesuai dan
merangkainya secara paralel. Sekarang kita ketahui besar daya reaktif (1,61
kVAR) dan kita dapat menghitung ukuran kapasitor yang diperlukan untuk
melawan dampak dari faktor daya yang tertinggal tersebut dengan cara
menurunkannya dalam persamaan sebagai berikut :
Jika pembulatan jawaban diambil ke bawah maka ukuran kapasitor menjadi
105 µF atau dapat juga disesuaikan dengan besar kapasitas kapasitor yang
banyak beredar dipasaran dengan catatan tidak lebih besar dari
perhitungan. Setelah perhitungan kapasitor kita dapat maka kapasitor
tersebut kita tempatkan kedalam rangkaian dan menghitung hasilnya seperti
pada gambar Gbr.3 di bawah ini.
Sebuah kapasitor 105 µF akan memiliki reaktansi kapasitif sebesar 30,303
Ω, memberikan arus 7,26 Ampere yang menghasilkan sebuah kesesuaian
daya reaktif 1,597 kVAR untuk kapasitor saja. Arus kapasitor berbeda phasa
180o dari arus beban induktif, maka daya reaktif kapasitif akan langsung
mengurangi daya reaktif induktif beban tersebut, sehingga mengakibatkan:
Inducktif
kVAR
–
Kapasitif
1,610 kVAR – 1,597 kVAR = 13 VAR
kVAR
=
Total
kVAR,
Koreksi ini, tentu saja tidak akan mengubah jumlah sebenarnya dari daya
yang dikonsumsi oleh beban tapi akan menghasilkan pengurangan terhadap
daya semu dan arus total secara substansial yang diambil dari sumber 220
Volt lihat gambar Gbr.4 di bawah ini.
Daya semu setelah kapasitor koreksi dapat ditemukan dari nilai-nilai daya
yang aktif dan nilai-nilai daya reaktif, dengan menggunakan bentuk standar
dari Teorema Pythagoras juga:
Hal ini memberikan koreksi faktor daya (1.5kW / 1,500056 kVA) atau
0,99996 dan arus total yang baru (1,50009 kVA / 220 Volts) atau 6,818 A,
terjadi perbaikan besar atas nilai arus beban yang sebelumnya adalah
sebesar 10 A sebelum kapasitor dikoreksi. Arus total yang lebih rendah ini
mengindikasikan bahwa berkurangnya kerugian akibat panas dalam
rangkaian kabel, yang berarti efisiensi sistem menjadi lebih besar dan lebih
sedikit daya yang terbuang(terhambur).
Faktor daya buruk di sirkuit arus bolak balik dapat dikoreksi ke suatu nilai
yang mendekati 1(satu) dengan menambahkan komponen reaktansi
kapasitif yang sesuai dan dipasang secara paralel sehingga menimbulkan
efek perlawanan terhadap reaktansi induktif yang selanjutnya
mengakibatkan perbaikan pada faktor daya (pf, cos phi).