perbaikan power faktor pada konsumen rumah tangga

PERBAIKAN POWER FAKTOR PADA KONSUMEN RUMAH TANGGA
MENGGUNAKAN KAPASITOR BANK
Ahmad Bukhari
Mahasiswa Program Studi D3
Jurusan Teknik Elektro
Politeknik Negeri Bengkalis
Email: -
Zainal Abidin
Dosen Jurusan Teknik Elektro
Jurusan Teknik Elektro
Politeknik Negeri Bengkalis
Email: -
Stephan
Dosen Jurusan Teknik Elektro
Jurusan Teknik Elektro
Politeknik Negeri Bengkalis
Email: -
ABSTRAK
Penggunaan beban-beban reaktif (daya semu) dalam suatu sistem tenaga listrik akan mengakibatkan menurunnya
faktor daya (cos ). Faktor daya yang buruk mengakibatkan konsumsi daya reaktif yang sangat besar. Pada industri,
penggunaan daya reaktif ini akan dikenakan biaya jika faktor dayanya dibawah 0,85 sesuai standar yang telah
ditetapkan PT. PLN (persero).
Untuk mengurangi bahkan menghilangkan biaya pemakaian kVAR tersebut dapat dilakukan melalui perbaikan
faktor daya dengan pemasangan kapasitor dengan mengkompensasi beban-beban induktif. Kapasitor ini akan berfungsi
sebagai sumber daya reaktif sehingga beban tidak lagi menyerap daya reaktif dari PLN. Dengan memasang kapasitor
bank, maka nilai cos phi menjadi lebih baik 0,98.
Sehingga dapat diperoleh hasil yang harapkan untuk pemasangan kapasitor bank dalam memperbaiki faktor daya
untuk meningkatkan kualitas daya.
Kata kunci: reaktif, faktor daya, kapasitor
A. PENDAHULUAN
Penggunaan energi listrik dalam kapasitas
besar pada umumnya digunakan untuk
keperluan usaha atau bisnis. Namun dalam
penggunaan energi listrik kapasitas besar,
banyak kalangan pengusaha menghadapi
permasalahan. Permasalahan tersebut antara
lain adanya rugi-rugi jaringan dan penurunan
tegangan yang terjadi pada saluran. Penyaluran
daya listrik dari pembangkit ke konsumen yang
diharapkan adalah daya yang disalurkan sama
dengan jumlah daya yang sampai ke konsumen.
Tetapi dalam kenyataannya, daya yang
disalurkan tidak sama dengan daya yang sampai
ke konsumen.
Umumnya penyaluran akan daya listrik
digunakan melayani beban-beban seperti:
motor-motor listrik, transformator, lampu TL,
kulkas dan sebagainya yang mana beban-beban
tersebut mengandung gulungan-gulungan kawat
(induktor). Induktor merupakan komponen yang
menyerap daya listrik untuk keperluan
magnetisasi dan daya lisrik tersebut disebut
daya reaktif. Suatu beban dikatakan induktif
apabila beban tersebut membutuhkan daya
reaktif
dan
disebut
kapasitif
apabila
menghasilkan daya reaktif. Suatu beban
dikatakan induktif apabila beban tersebut
membutuhkan daya reaktif dan disebut kapasitif
apabila
menghasilkan
daya
reaktif.
Bertambahnya beban yang bersifat induktif
membutuhkan daya reaktif yang sangat besar
sehingga sumber (pembangkit listrik) harus
mensuplai daya yang lebih besar. Keadaan
seperti ini dapat menyebabkan jatuh tegangan,
arus pada jaringan bertambah dan faktor daya
rendah pada daerah dekat beban.
B. DASAR TEORI
Faktor daya adalah perbandingan antara
daya aktif (watt) dengan daya semu atau daya
total (VA), atau cosinus sudut antara daya aktif
dan daya semu atau daya total. Daya reaktif
yang baik akan memperbaiki sudut cosinus dan
sebagai hasilnya faktor daya akan menjadi lebih
rendah. Faktor daya selalu lebih kecil atau sama
dengan satu. Secara teori apabila seluruh beban
daya yang terpakai oleh suatu perusahaan
memiliki faktor daya mendekati satu, maka
daya maksimum yang dipakai setara dengan
kapasitas daya yang disalurkan oleh system
distribusi. Sehingga dengan beban yang
diinduksi dan apabila faktor daya yang terukur
dari 0,2 hingga 0,5, maka kapasitas jaringan
Jurnal Ilmiah Mahasiswa Volume 1, No 1, Des, 2012 hlmn 69-75
distribusi akan tertekan. Jadi daya reaktif
(VAR) harus lebih rendah untuk keluaran kWh
yang sama untuuk meminimalkan kebutuhan
daya yang terpakai atau daya total (VA).
Sebelum membahas tentang perbaikan
faktor daya dengan menggunakan kapasitor
bank, dalam sistem listrik ada tiga jenis daya
yang dikenal, khususnya untuk beban yang
diperbaiki impedansi (Z) yaitu :
Daya semu (S, VA, Volt Ampere)
Daya aktif (P, W, Watt)
Daya reaktif (Q, VAR, Volt Ampere Reaktif)
Untuk
rangkaian
listrik,
bentuk
gelombang tegangan dan arus sinusoida
besarnya daya setiap saat tidak sama, maka
daya yang merupakan daya rata-rata diukur
dengan satuan watt, daya ini membentuk energi
aktif persatuan waktu dan dapat diukur dengan
kwh meter dan juga merupakan daya nyata atau
daya aktif yang digunakan oleh beban untuk
melakukan fungsi tertentu.
Daya semu dinyatakan dengan satuan
Volt Ampere (VA) menyatakan kapasitas
peralatan listrik, seperti yang terdapat pada
peralatan generator dan transformator, pada
suatu instalasi listrik khususnya instalasi pada
pabrik atau industri juga terdapat beban tertentu
seperti motor listrik yang memerlukan daya
reaktif (VAR) untuk membuat medan magnet
atau dengan kata lain daya reaktif adalah suatu
daya yang terpakai sebagai energi pembangkit
fluk magnet, sehingga timbul magnet dan daya
ini dikembalikan ke sistem karena efek induksi
elektromagnetik itu sendiri. Sehingga daya ini
sebenarnya merupakan beban (kebutuhan) pada
suatu sistem tenaga listrik.
Gambar 1. Segitiga Daya
P = V x I x Cos Ø
S=VxI
Q = V x I x Sin Ø
Salah satu induksi listrik yang yang paling
banyak digunakan dalam mengoprasikan alat
listrik yaitu alat listrik yang menggunakan unsur
belitan kabel atau kumparan kabel tembaga
seperti pada dinamo, ballas, trafo dan lain-lain,
alat listrik tersebut tidak kita pakai tapi kita
harus membayarnya karena pengaruh faktor
daya yang tidak baik. Selain itu juga peralatan
elektronik yang bisa menimbulkan daya semu
atau induksi listrik
Alat-alat listrik yang menggunakan
kepingan logam juga mempunyai faktor yang
rendah, sehingga medan magnet dari peralatanperalatan listrik juga memerlukan arus yang
tidak melakukan kerja yang bermanfaat tetapi
tidak mengakibatkan medan listrik. Berdasarkan
tarif dasar listrik untuk harga kelebihan
pemakaian kVAR yang tercatat dalam satu
bulan faktor daya lebih tinggi dari 0,62, maka
jumlah kWh pada bulan itu faktor daya rata-rata
kurang dari 0,85, maka pada bulan itu harus
membayar pemakaian kVAR.
1.
Kapasitor Bank
Dengan perkembangan teknologi pada saat
ini, banyak sekali industri-industri yang
menciptakan barang-barang elektronik yang
bisa meringankan manusia dalam pekerjaannya,
seperti memasak, mencuci dan lain-lain
sebagainya. Barang-barang yang diciptakan
mempengaruhi daya yang terpasang pada kWh
meter seperti dengan mencuci dengan mesin
cuci, untuk memperkecil pengaruh pada kWh
meter maka sebaiknya dipasang kapasitor bank.
Karena fungsi kapasitor bank memaksimalkan
daya yang terpasang tanpa mencuri aliran
listrik. Keunggulan dari kapasitor bank ini dapat
dipasang dengan mudah dan tanpa mengubah
rangkaian instalasi listrik di rumah, kantor dan
gedung dan sebagainya. Penghematan dengan
memasang kapasitor bank bukan berarti kita
mengurangi pemakaian daya atau mematikan
beberapa peralatan listrik elektronik yang kita
70
Jurnal Ilmiah Mahasiswa Volume 1, No 1, Des, 2012 hlmn 69-75
pakai, akan tetapi dengan cara meredam bahkan
menghilangkan daya semu, listrik induksi, atau
induksi yang banyak kita temui pada peralatan
listrik atau elektronik yang komponennya
berupa kumparan atau lilitan tembaga.
Kapasitor bukan alat untuk menghemat
energi tetapi alat untuk menurunkan arus listrik
dari arus yang lebih besar dengan pamakain
yang sedikit sehingga menurunkan arus yang
lebih kecil dengan pemakaian listrik yang lebih
banyak yang mengalir pada daya yang
terpasang
pada
kWh
meter,
dengan
memperbaiki faktor daya, maka kita bisa
memakai energi listrik lebih banyak lagi tanpa
mengurangi pemakaian atau mematikan
peralatan listrik. Kapasitor bank menstabilkan
tegangan yang masuk ke dalam sistem jaringan
listrik. Selain itu juga kapasitor bank berfungsi
seperti untuk menyimpan listrik seperti pada
aki. Kelebihannya dibanding dengan aki
kapasitor bank bisa menyimpan energi lebih
cepat, juga bisa mengeluarkan energi yang
tersimpan dalam kapasitor dapat dikeluarkan
dengan cepat.
a. Pengertian Kapasitor Bank
Kapasitor bank adalah peralatan listrik
yang mempunyai sifat kapasitif yang
berfungsi untuk mengimbangi sifat
induktif. Kapasitas kapasitor untuk
ukuran 5 KVar sampai 60 Kvar. Dari
tegangan kerja 230 V sampai 525 Volt.
Pengertian lain dari kapasitor Bank yaitu
sekumpulan beberapa kapasitor yang
dihubungkan secara paralel untuk
mendapatkan kapasitas kapasitif yang
akan digunakan. Untuk suatu besaran
kapasitor yang sering dipakai adalah
Kvar (Kilo volt ampere reaktif)
meskipun didalam Kvar terkandung atau
tercantum besaran kapasitas yaitu Farad
atau microfarad (µF). Kapasitor bank
mempunyai sifat listrik yang kapasitif
(leading). Sehingga mempunyai sifat
mengurangi
atau
menghilangkan
terhadap sifat induktif (leaging)
b. Prinsip Kerja Karja Kapasitor Bank
Berdasarkan
dari
cara kerjanya,
kapasitor bank dibedakan menjadi 2 :
1) Fixed type, yaitu dengan memberikan
sebuah beban kapasitif yang tetap
ataupun berubah-rubah pada beban.
Biasanya digunakan pada beban
langsung seperti pada motor induksi.
Pada tipe ini harus dipertimbangkan
adalah
pada
saat
pemasangan
kapasitor bank tanpa beban.
2) Automatic type, yaitu memberikan
beban kapasitif yang bervariasi sesuai
dengan kebutuhan kapasitor bank yang
terpasang. Pada tipe ini jenis panel
dilengkapi dengan sebuah Power
Factor Controller (PFC) sebagai
pengaman. PFC akan menjaga cos phi
pada jaringan listrik yang sesuai
dengan target yang ditentukan.
Apabila pada tipe ini terjadi perubahan
beban, maka PFC secara otamatis akan
memperbaiki cos phi.
c. Manfaat Kapasitor Bank
Adapun manfaat dan kelebihan dengan
menggunakan kapasitor bank yaitu:
1) Memaksimalkan daya terpasang
2) Menghemat biaya pemakaian
3) Menghilangkan hambatan pada
kabel penghantar
4) Menstabilkan arus tegangan listrik
(frekuensi)
5) Memperpanjang
usia
peralatan
elektronik
6) Menurunkan ampere, mengurangi
panas berlebihan pada jaringan
7) Mengurangi arus start (awal)
8) Tidak merugikan PLN karena dapat
mengurangi daya watt semu
9) Bebas biaya perawatan
71
Jurnal Ilmiah Mahasiswa Volume 1, No 1, Des, 2012 hlmn 69-75
10) Sangat mudah pemasangannya dan
dipasang setelah meteran (kWh
meter)
d. Metode
Pemasangan
Instalasi
Kapasitor Bank
Adapun cara memasangan kapasitor
bank pada instalasi listrik dapat dibagi
menjadi 3 bagian yaitu :
1) Global compensation
Dengan metode ini kapasitor bank
dipasang pada induk panel mine
distribution panel (MDP) dan arus
yang turun dari pemasangan model
ini hanya pada penghantar antara
panel MDP dan transformator
2) Sectoral Compensation
Dengan metoda ini pemasangan
kapasitor bank yang terdiri dari
beberapa panel kapasitor yang
akan dipasang pada setiap panel
sub distribution panel (SDP).
3) Individual Compensation
Dengan metoda ini kapasitor bank
langsung dipasang pada masing
masing
beban
yang
akan
digunakan khususnya beban yang
mempunyai daya yang besar.
e. Perawatan
dan
Perlindungan
Kapasitor Bank
Kapasitor bank yang digunakan untuk
perbaikan faktor daya supaya tahan
lama, maka harus dirawat secara rutin
dan teratur. Dalam perawatannya,
kapasitor bank harus ditempatkan pada
tempat yang lembab dan tidak basah
yang tidak terlindungi dari debu dan
kotoran.
Sebelum
melakukan
pemeriksaan, maka kapasitor bank tidak
terhubung lagi dengan sumber listrik.
Adapun jenis pemeriksaan yang harus
dilakukan yaitu :
1) Pemeriksaan kebocoran.
2) Pemeriksaan kabel dan penyangga
kapasitor.
3) Pemeriksaan isolator.
Untuk meminimalkan kemungkinan
kegagalan
sekering
pemegang
pembuangan atau pecahnya kasus
kapasitor bank, atau keduanya, standar
memaksakan batasan
ke energi
maksimum total yang tersimpan dalam
sebuah kelompok yang terhubung
paralel ke 4659 kvar. Agar tidak
melanggar batas ini, kelompok yang
lebih kapasitor bank dari rating tegangan
rendah dihubungkan secara seri dengan
lebih sedikit unit secara paralel setiap
kelompok dapat menjadi solusi yang
cocok. Namun, hal ini dapat mengurangi
sensitivitas
skema
deteksi
ketidakseimbangan.
Memisahkan
kapasitor bank menjadi 2 bagian yaitu
hubungan seri, solusi ini dapat
digunakan
untuk
skema
ketidakseimbangan yang lebih baik
unutk dideteksi. Kemungkinan lain
adalah penggunaan sekering pembatas
arus. Koneksi optimal untuk SCB
tergantung pada pemanfaatan terbaik
dari peringkat tegangan yang tersedia
unit
kapasitor,
sekering,
dan
menyampaikan
pelindung.
Hampir
semua kapasitor bank gardu yang
terhubung seri. Maka setiap pemakaian
kapasitor bank bagaimanapun harus
dihubungkan secara seri atau paralel.
Contoh
Satu buah TL dengan daya = 15 W,
tegangan = 220 V, Faktor daya = 0,35,
jika faktor daya ingin diperbaiki menjadi
= 0.9, maka berapa penghematan yang
terjadi dan nilai C yang harus dipakai ?
Menghitung arus ( I )
pf = 0.35
P = V.I. Cos φ
I = P/V. Cos φ = 15/220 x 0,35 = 15/77
= 0,1948 A » 194,8 mA
pf = 0.9
72
Jurnal Ilmiah Mahasiswa Volume 1, No 1, Des, 2012 hlmn 69-75
2.
I = P/V. Cos φ = 15/220x0,9 = 0,0757 A
» 75,7 mA
% penghematan :
194,8 – 75,7 = 119,05 » ±61%
Menentukan nilai kapasitor :
Cos φ 1 = 0,35 » φ 1 = Cos-1 x 0,35 =
69,50
Cos φ 2 = 0,9 » φ 2 = Cos-1 x 0,9 =
25,840
Daya Aktip P1 = 15W
Daya Kompleks S1 = V.I = 42,856 VA
S1 = P/Cos φ = 15/0,35 = 42,857 VA
Daya Reaktif Q1 = S.Sin φ
= 42,857.Sin 69,5 = 40,143 VAR
P2 = P1 = 15 W
S2 = V.I = 220 x 75,7mA = 16,665VA
Alat Ukur
Alat ukur listrik yaitu suatu peralatan yang
diperlukan oleh manusia yang digunakan
untuk mengukur satuan yang terdapat pada
aliran listrik seperti : tegangan, arus, daya,
frekuensi dan sebagainya yang semuanya
itu tidak dapat ditanggapi secara langsung
oleh panca indera. Untuk mengukur suatu
besaran yang terdapat pada listrik, maka
diperlukan alat pengubah atau besaran yang
ditransformasikan ke dalam besaran
mekanis yang berupa gerak atau perubahan
dengan menggunakan alat ukur. Perlu
diketahui bahwa untuk menggunakan
berbagai macam alat ukur listrik perlu
pemahaman atau pengetahuan yang
memadahi
tentang
konsep-konsep
penggunaan alat ukur yang akan
digunakan.
Dalam
mempelajari
pengukuran dikenal beberapa istilah, antara
lain
a. Instrumen adalah alat ukur untuk
menentukan nilai atau besaran suatu
kuantitas atau variabel.
b. Ketelitian nilai terdekat dengan
mana suatu pembacaan instrumen
mendekati nilai sebenarnya dari
variabel yang diukur.
c.
d.
e.
f.
Ketepatan
suatu
ukuran
kemampuan untuk hasil pengukuran
yang serupa
Sensitivitas perbandingan antara
sinyal keluaran atau respons
instrumen terhadap perubahan
masukan atau variabel yang diukur.
Resolusi perubahan terkecil dalam
nilai yang terukur yang mana
instrumen akan memberi respon
atau tanggapan.
Kesalahan penyimpangan variabel
yang diukur dari nilai yang
sebenarnya.
C. METODOLOGI PENELITIAN
Pengerjaan Tugas Akhir ini dilakukan untuk
optimasi bahan baku diperpustakaan atau bahan
lunak di website. Untuk mendapatkan hasil
yang lebih baik, diperlukan langkah-langkah
penelitian yang tepat dan berurutan. Hal ini
memberikan kemudahan bagi peneliti dalam
pembuktian kebenaran , analisa, dan perbaikan
kesalahan
yang
juga
berguna
bagi
pengembangan selanjutnya. Dalam hal ini akan
diuraikan langkah-langkah penelitian yang akan
dilakukan dalam memecahkan permasalahan
sehingga peneliti ini dapat menyelesaikan
dengan baik.
Pada dasaarnya, metodologi penelitian
yang dilakukan dapat dibedakan menjadi
beberapa tahap, yaitu, tahap pengumpulan data,
dan tahap pengelohan data, serta tahap analisa
dan kesimpulan. Secara skematis, metodologi
penelitian dapat dijelaskan sebagai berikut.
1. Pengumpulan Data
Tahap pengumpulan data ini dilakukan
untuk memperoleh bahan penelitian sesuai
dengan tujuan penelitian yang telah
ditetapkan. Data-data yang dibutuhkan
dalam penelitian ini diperoleh dari internet,
perpustakaan dan lain-lain.
73
Jurnal Ilmiah Mahasiswa Volume 1, No 1, Des, 2012 hlmn 69-75
2. Perancangan
Pada tahap ini dilakukan bagaimana
menghasilkan faktor daya yang bagus dan
tidak menimbulkan denda, faktor daya yang
tidak bagus mengakibatkan arus tidak sesuai
dengan pemakaian. Untuk itu diperlukan
perbaikan
faktor
daya
yang
bisa
memperkecil jumlah faktor daya yang
menyebabkan denda.
Adapun cara untuk memperkecil faktor daya
tersebut yaitu dengan memasang kapasitor
bank pada instalasi rumah, maka dengan
demikian faktor daya yang dihasilkan lebih
kecil sebelum dipasang kapasitor bank.
Adapun penempatan atau pemasangan
kapasitor bank yang baik yaitu dipasang
setelah mcb dalam rumah ataupun dipasang
dekat stop kontak.
D. HASIL DAN ANALISA
Hasil pengukuran ditunjukkan pada tabel
berikut
Tabel 1. Pengujian
Sumber: Lapangan
Gambar 2. perbandingan arus dan cos phi sesudah dan
sebelum dipasang kapasitor dengan tegangan konstan
224
Gambar 1. Diagram Blok Perancangan
3.
Pembuatan Alat
Pembuatan alat merupakan suatu proses
yang akan kita lakukan terhadap alat,
dalam proses pembuatan alat diharapkan
untuk mendapatkan suatu hasil yang telah
direncanakan sebelumnya. Tujuan dari
pembuatan alat yaitu untuk mendapatkan
acuan proses pembuatan dari peralatan
yang akan dibuat, sehingga memberikan
kemudahan dalam pembuatan alat itu
sendiri, selain itu juga bertujuan untuk
mengantisipasi dan mengurangi kesalahankesalahan yang mungkin terjadi.
Berdasarkan hasil teori, untuk menentukan
kapasitas kapasitor bank maka kita terlebih
dahulu mengukur beban yang kita pakai dan
berapa jumlah arus yang mengalir dan berapa
tegangan yang terukur.
E. KESIMPULAN DAN SARAN
1. Kesimpulan
a. Dari hasil pengukuran terdapat nilai
kapasitor bank sebesar 7,5 µF dengan
beban lampu 1, 2, 3, 5, dengan kapasitas
kapasitor 7,35, beban lampu 5, 6, 7,
dengan kapsitas kapasitor 7,57 µF,
beban lampu 2, 3, 5, 7, dengan kapasitas
kapasitor 7,47 µF.
b. Alat ini bisa digunakan untuk modul
percobaan untuk mengetahui berapa cos
phi pada beban yang kita gunakan.
74
Jurnal Ilmiah Mahasiswa Volume 1, No 1, Des, 2012 hlmn 69-75
c. Dalam sistem kelistrikan kapasitor bank
digunakan dengan tujuan untuk faktor
daya yang ada pada peralatan listrik
yang kita gunakan dan untuk
menghemat pembayaran rekening listrik.
d. Dengan adanya modul perbaikan fower
faktor, maka jumlah kapasitor yang akan
digunakan bisa diketahui dengan
melakukan pengukuran dan perhitungan
secara teori.
e. Dengan memasang kapasitor bank,
maka nilai cos phi yang terukur lebih
baik yaitu 0,9 atau 0,98.
F. DAFTAR PUSTAKA
Yanky Tanggulungan. Studi perbaikan faktor
daya untuk penghematan biaya pemakaian
energi listrik pada PT. Eastern pearl flour
mills makassar. Fakultas teknik universitas
hasanuddin, 2011.
Khairul Amri. Studi kapasitas converter dan
bank baterai sebagai sumber tenaga listrik
di telekomunikasi, Universitas Sumatera
Utara, 2009.
Ngakan Putu Satriya Utama, memperbaiki
tegangan di sistem distribusi primer dengan
kapasitor shunt, fakultas teknik, Universitas
Udayana, Bukit Jimbaran, Bali. 2008.
Sri Waluyanti, Alat Ukur dan Teknik
Pengukuran, Direktorat Pembinaan Sekolah
Menengah Kejuruan Direktorat Jenderal
Manajemen
Pendidikan
Dasar
dan
Menengah
Departemen
Pendidikan
Nasional Tahun 2008.
Rukmi Sari Hartati, I Wayan Sukerayasa,
Nyoman Setiawan. penerapan theorema
fuzzy untuk menentukan lokasi pemasangan
dan kapasitas kapasitor pada saluran
distribusi primer, kampus bukit jimbaran
bali, 2007
www.kapasitor bank.com
http://esbiwan.blogspot.com/2010/08/perbaikan
-faktor-daya-menggunakan kapasitor
bank.htm.
75