simetris 13 - Portal Garuda

Majalah Ilmiah STTR Cepu
ISSN 1693 - 7066
Perbaikan Faktor Daya Workshop Teknik Mesin Menggunakan Bank Kapasitor
Siemens 2,5 Kvar Berbasis Power Faktor Regulator
Agus Darwanto*)
*) )
Staf Pengajar Jurusan Teknik Elektro STTR Cepu
Jl. Kampus Ronggolawe Blok B No. 1. Mentul Cepu
Abstrak
Dengan bertambahnya kegiatan industri dewasa ini, motor listrik sangatlah berperan penting dalam kelancaran
proses produksi. Beban motor listrik akan mengakibatkan daya reaktif yang timbul dapat mengakibatkan turunnya faktor
daya, sehingga daya aktif yang bisa dimanfaatkan menjadi berkurang. Perbaikan faktor daya merupakan solusi terbaik
dalam mengatasi masalah tersebut. Beban kumparan ada kecerendungan mengakibatkan faktor daya sumber listrik menjadi
lebih kecil.
Tujuan penelitian iniadalah perbaikan faktor daya di workshop Teknik Mesin dengan beban induktif yang terdiri
atas beban motor dari mesin bubut, sekrap, bor dan mesin las listrik merupakan obyek yang akan diuji pada kondisi sebelum
dan sesudah tersambung dengan kapasitor bank. Kapasitor Siemens 3 phasa 2,5 kVAr sebanyak 2 buah digunakan untuk
untuk pengaturan power faktor . Dari hasil pengujian beban 13,981 kW dengan kapasitor 2,5kVAR dapat memperbaiki
power faktor dari 0,63 menjadi 0,71 (satu kapasitor) , dan power faktor 0,8 (dua kapasitor)
Kata kunci : Beban induktif, power faktor, kapasitor bank.
1.
Pendahuluan
Seiring dengan perkembangan teknologi
kebutuhan
manusia akan listrik semakin
bertambah, hal ini ditunjukkan
pada setiap
pengguna listrik baik rumah tangga atau industri
selalu menggunakan beban tenaga berupa motor
listrik induksi. Motor induksi memiliki sifat
induktif karena komponen utamanya berupa lilitan.
Beban berupa motor induksi dapat berakibat pada
daya aktif yang diserap oleh motor lebih kecil
dibanding daya reaktifnya . Dengan adanya daya
reaktif tersebut motor akan bekerja kurang optimal
sehingga kita perlu mengurangi
dengan
memberikan daya kapasitif terhadap beban. Hal ini
akan berpengaruh pada besarnya power faktor
daya yang disalurkan, kalau cenderung turun maka
harus dilakukan perbaikan faktor daya.
Untuk perbaikan faktor daya (cos φ)
alternatif solusinya adalah digunakan “ Bank
Kapasitor “ yang memiliki daya kapasitif yang
dapat berguna untuk memperbaiki faktor daya dan
mengurangi daya reaktif pada motor. Dengan
menggunakan bank kapasitor yang di pasang
secara pararel ( Shunt ) terhadap beban maka
dapat memperbaiki faktor daya motor sehingga
motor listrik tersebut dapat bekerja secara optimal.
Automatic Power Factor Regulator
merupakan alat yang dapat mengontrol perbaikan
faktor daya ( Cos φ ). Alat ini juga berfungsi untuk
mengontrol kapasitor supaya tidak terjadi beban
yang bersifat kapasitif. Kapasitor terlihat
seperti peralatan listrik sederhana yang
terdiri dari dua pelat konduktor yang
dipisahkan dengan bahan isolasi. Bila
suatu kapasitor diberi tegangan bolak –
balik maka pada setiap lempengan
konduktor akan mempunyai muatan yang
berbeda, dengan arus terdahulu terhadap tegangan,
yang biasanya disebut arus kapasitif. Besarnya
kapasitas kapasitor ( kapasitansi ) ditentukan oleh
panjang jarak antara pelat pararel ( d ) dan luas
pelat ( A ). Apabila bahn dielektrik yang
digunakan hampa udara, maka besarnya
kapasitansinya dapat ditentukan dengan rumus :
Co
=
ε0 . Α
( farad ) ………………
d
(www.library.usu.ac.id )
Apabila bahan dielektrik yang digunakan
bukan hampa udara maka besarnya kapasitansi
bisa dicari dengan rumus :
ε .Α
d
ε 0 .ε r . A
=
d
C =
( farad )
Keterangan :
Є = Є0 . Єr
Є = Konstanta dielektrum absolut
Є0 = 8,854 x 10 -6 farad / meter
Єr = Konstanta relatif ( Tabel 1 )
A = Luas penampang pelat ( m 2 )
Co = Kapasitansi kapasitor dengan hampa udara
sebagai dielektriknya
C = Kapasitansi kapasitor dengan dielektrum
sebagai dielektriknya
Tabel 1. Konstanta relatif untuk bahan dielektrik
(www.electroniclab.com )
sama banyaknya tetapi memiliki polaritas yang
SimetriS
Nomor : 13, Tahun 8, Juli - Desember 2010
1
Majalah Ilmiah STTR Cepu
Bahan
Vacum
Udara
Parfin
Sulfur
Barium Titanate (Keramik)
Kaca
Air
Amonia ( Cair )
Glycerin
Gelas fluit
Minyak mineral
Mica
Polypropylene
polyester
ISSN 1693 - 7066
Konstanta Relatif
( Єr )
1
1,0006
2,1
4
1200,00
7,00
81
22
50
10
2,13
6
2,20
2,27
Daya listrik adalah daya yang dihasilkan
atau dibangkitkan oleh pembangkit tenaga listrik.
Daya memiliki 3 jenis daya :
1. Daya aktif adalah daya listrik terpakai yang
dapat diubah langsung menjadi energi panas,
gerak, cahaya dll. Daya ini biasanya terdapat
pada beban – beban yang resistif.
2. Daya reaktif adalah daya yang diperlukan untuk
proses magnetisasai ( electro magnetic ) saja.
Daya reaktif ini dihasilkan oleh beban yang
berkontruksi utama berupa lilitan atau bersifat
induktif. Contoh : Motor Induksi, Transformatos
dll.
3. Daya semu adalah daya yang dihasilkan dari
perbandingan antara daya aktif dan daya reaktif
Faktor daya atau (cos φ) adalah
perbandingan antara daya aktif (watt) dan daya
semu (VA).
S ( VA )
Q ( VAr )
φ
P(W)
C =
Qc
ω.V 2
( farad )
2. Tinjauan Pustaka
2.1. Automatic Power Factor Regulator
Alat ini berfungsi sebagai alat pengukur
digital otomatis yang berisi Ampere meter, Cos ϕ
meter dan digunakan untuk menge-set perbaikan
power factor yang kita inginkan serta sebagai
pengatur besaran kerja kapasitor.
(a)
(b)
Gambar 2. ( a ) Automatic Power Faktor
Regulator ( b )wiring diagram
2.2. Bank Kapasitor
Bank kapasitor yang memiliki sumber
daya reaktif difungsikan untuk memperbaiki faktor
daya. Kita mempergunakan 2 buah kapasitor jenis
SIEMENS 2,5 kVAr 3 phasa, 3 x 15,6 µF, 380 V,
50-60 Hz dengan hubung delta atau segitiga.
Gambar 1. Hubungan antara daya aktif, daya
reaktif dan daya semu ( www.te.ugm.ac.id )
Dari
gambar
diatas
kita
memperoleh rumus sebagai berikut :
S ( VA )
=
P ( Watt )
=
Q ( VAr )
=
dapat
3 .V.I
3 . V . I . Cos φ
3 . V . I . Sin φ
Untuk mengetahu besar kapasitansi
kapasitor tersebut dapat diperoleh dengan rumus :
SimetriS
(a)
(b)
Gambar 2. ( a ) Kapasitor Bank ( b ) Simbol
Kapasitor
Nomor : 13, Tahun 8, Juli - Desember 2010
2
Majalah Ilmiah STTR Cepu
3. Hasil dan Pembahasan
3.1. Desain Alat Uji
ISSN 1693 - 7066
Dari hasil pendeteksian diperolleh data
seperti ditunjukkan pada tabel 1.
Tabel 1. Hasil Pengujian Perbaikan Faktor Daya
Cos φ
Cos φ
Cos φ
dengan 1
dengan 2
Beban tanpa bank
buah bank buah bank
kapasitor
kapasitor
kapasitor
13981
0,63
0,71
0,8
Watt
3.4. Analisis Perhitungan Daya Reaktif
3.4.1. Perbaikan faktor daya yang dihasilkan 1
buah bank kapasitor adalah :
Gambar 2. Konstruksi Alat Uji
3.2. Pengesetan Automatic Power Factor
Regulator
Untuk pengesetan atau pemrograman dari
Automatic Power Factor Regulator menggunakan
fungsi dari masing – masing tombol dan menu
yang tertera pada Regulator tersebut, sebagai
berikut :
1. C/K : Pada menu pertama ini kita dapat
memasukan nilai dari besar kVAr bank
kapasitor pertama dibagi dengan rasio CT (
Current Transformator ).
2. Target Cos φ : Dalam menu kedua ini kita
akan memasukan besaran dari Cos φ yang kita
inginkan ( 0,85 induktif – 0,95 kapasitif ).
3. Step Interval : Kita dapat mengeset selang
waktu swithcing delay antara kapasitor 1
dengan kapasitor 2.
4. Program Sequence ( Program Rangkaian )
: Otomatis atau 7 pilihan pengaturan program.
Berikut adalah program Sequence :
P – 0 = Linear
P – 4 = 11122
P – 1 = 11111
P – 5 = 12444
P – 2 = 12222
P – 6 = 11224
P – 3 = 11222
5.
6.
No. Connected Steps : Banyaknya kapasitor
yang terkoneksi dengan jaringan.
V > ( Over Voltage ) : untuk mengeset
besarnya tegangan lebih yang diperbolehkan
3.3. Hasil Pengujian
Dengan rangkaian seperti ditunjukkan
pada gambar 1 , beban dihubungkan/dioperasikan
yang terduri atas :
a. Motor ½ HP = 373 watt
b. Motor 0,37 kW = 370 watt
c. Motor 1,5 HP = 1119 watt
d. Motor 1,5 HP = 1119 watt
e. Mesin las listrik 11 kW = 11000 watt
SimetriS
Untuk Cos φ awal = 0,63
φ
= 50,20 0
Q1
= P . Tan φ
= 13981 . Tan 50,20 0
= 13981 . 1,2
= 16,7 kVAr
Untuk 1buah bank kapasitor, Daya reaktif yang
dihasilkan :
Qc
=
2.π . f .C.V 2 x10 −6
1000
=
2.3,14.50.3 x15,5.380 2 x10 −6
1000
2108,38
=
1000
= 2,1 kVAr
Daya reaktif setelah menggunakan 1 buah bank
kapasitor :
Q2
= Q1 – Qc
= 16,7 – 2,1
=14,59 kVAr
Perbaikan faktor daya ( Cos φ ) dengan 1 buah
bank kapasitor:
P
= Q2 . Tan φ
13981 = 14,59 . Tan φ
Tan φ
=
14590
13981
= 1,04
Cos φ2 = 0,70
3.4.2. Perbaikan faktor daya yang dapat dihasilkan
2 buah bank kapasitor yang dihubung
paralel adalah :
Untuk Cos φ awal = 0,63
φ
= 50,20 0
Q1
= P . Tan φ
= 13981 . Tan 50,20 0
Nomor : 13, Tahun 8, Juli - Desember 2010
3
Majalah Ilmiah STTR Cepu
= 13981 . 1,2
= 16,7 kVAr
ISSN 1693 - 7066
2.
Untuk 2 buah bank kapasitor paralel,Daya reaktif
yang dihasilkan :
Qc
=
2.π . f .C.V 2 x10 −6
1000
=
2.3,14.50.2(3x15,5).380 2 x10 −6
1000
4216
=
1000
Q2
= 4,21 kVAr
= Q1 – Qc
= 16,7 – 4,21
=12,49 kVAr
Perbaikan faktor daya ( Cos φ ) dengan 2 buah
bank kapasitor dihubung paralel:
P
= Q2 . Tan φ
13981 = 12,49 . Tan φ
Tan φ
=
3.
Pada beban 13981 Watt memiliki faktor daya
( Cos φ ) 0,63. Dengan menggunakan 1 buah
bank kapasitor perbaikan faktor daya ( Cos φ )
dari 0,63 menjadi 0,7.Dengan menggunakan 2
buah bank kapasitor faktor daya ( Cos φ )
dari 0,63 diperbaiki menjadi 0,78
Besarnya perbaikan faktor daya ( Cos φ )
yang ditimbulkan bank kapasitor tergantung
dari besar beban dan kapasitas kapasitansi
bank kapasitor tersebut.
5. Daftar Pustaka
Hayt, W.H., J.E. Kemmerly. 1993, Rangkaian
Listrik 1,Erlangga. Jakarta.
http://www.mercubuana.ac.id/download_labte
http://www.library.usu.ac.id
http://www.electroniclab.com
http://www.mercubuana.ac.id/download.labte_sist
emdistribusi.pdf
http://www.te.ugm.ac.id
12490
13981
= 0,82
Cos φ2 = 0,77
4.
Kesimpulan
Dari
analisis
perhitungan
dapat
disimpulkan sebagai berikut :
1. 1 buah kapasitor dapat menghasilkan daya
reaktif 2,10 kVAr dan 2 buah kapasitor di
hubung paralel menghasilkan daya reaktif 4,2
kVAr .
SimetriS
Nomor : 13, Tahun 8, Juli - Desember 2010
4