TUGAS MEDAN ELEKTROMAGNETIK

KAPASITOR

Oleh

I Kadek Agus Wahyu Raharja (1404405060)

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS UDAYANA

TAHUN 2015/2016

KAPASITOR

1. Pengertian Kapasitor Secara Umum

Kapasitor adalah alat yang dapat menyimpan energi di dalam medan

listrik, dengan cara mengumpulkan ketidakseimbangan internal dari muatan

listrik. Kapasitor memiliki satuan yang disebut Farad, sesuai dari nama sang

penemu Micahel Farad (1 Farad = 9 x 1101 ) yang artinya luas permukaan

kepingan tersebut. Kondensator juga dikenal sebagai "kapasitor", namun kata

"kondensator" masih dipakai hingga saat ini. Pertama disebut oleh Alessandro

Volta seorang ilmuwan Italia pada tahun 1782 (dari bahasa Italia condensatore),

berkenaan dengan kemampuan alat untuk menyimpan suatu muatan listrik yang

tinggi dibanding komponen lainnya.

Struktur sebuah kapasitor terbuat dari 2 buah plat metal yang dipisahkan

oleh suatu bahan dielektrik. Bahan-bahan dielektrik yang umum dikenal misalnya

udara vakum, keramik, gelas dan lain-lain. Jika kedua ujung plat metal diberi

tegangan listrik, maka muatan-muatan positif akan mengumpul pada salah satu

kaki (elektroda) metalnya dan pada saat yang sama muatan-muatan negatif

terkumpul pada ujung metal yang satu lagi. Muatan positif tidak dapat mengalir

menuju ujung kutub negatif dan sebaliknya muatan negatif tidak bisa menuju ke

ujung kutub positif, karena terpisah oleh bahan dielektrik yang non-konduktif.

Muatan elektrik ini tersimpan selama tidak ada konduksi pada ujung-ujung

kakinya.

Kapasitor atau kondensator atau biasa disebut dengan kapasitor polar,

identik dengan mempunyai dua kaki dan dua kutub yaitu positif dan negatif dan

memiliki cairan elektrolit, biasanya berbentuk tabung. Sedangkan kapasitor yang

satunya disebut kapasitor non polar, kebanyakan nilai kapasitasnya lebih rendah,

tidak mempunyai kutub positif ataupun negative pada kakinya, berbentuk pipih

dan berwarna hijau, merah, dan coklat. Mirip seperti kancing atau tablet.

Gambar 1. Lambang Kapasitor Polar (Kiri) dan Kapasitor Non Polar (Kanan)

2. Dasar Teori

2.1 Prinsip Kerja Kapasitor

Kapasitor terdiri dari 2 plat penghantar yang terpisah oleh foli isolator

(dielektrik). Waktu plat bersinggungan dengan tegangan listrik, plat negatif akan

terisi elektron-elektron. Jika sumber tegangan dilepas, electron-elektron masih

tetap tersimpan pada plat kapasitor (ada penyimpanan muatan listrik).

Gambar 2. Prinsip Kerja Kapasitor

Jika kedua penghantar yang berisi muatan listrik tersebut dihubungkan,

maka akan terjadi penyeimbangan arus, lampu menyala lalu padam.

2.2 Jenis-jenis Kapsitor

Kapasitor terbagi 2, yaitu kapasitor polar dan kapasitor non polar.

Kapasitor polar yaitu kapasitor yang memiliki 2 kutub di kedua ujungnya, yakni

kutub positif dan kutub negatif, kapasitor jenis ini terbuat dari bahan elektrolit dan

berbentuk tabung, serta nilai kapasistansinya lebih besar. Kapasitor non polar,

yaitu kapasitor yang tidak memiliki kutub pada kedua ujungnya, biasanya terbuat

dari bahan keramik dan berbentuk seperti kancing, nilai kapasistansinya lebih

kecil dari kapasitor polar.

Gambar 3. Kapasitor Polar (Kiri) dan Kapaistor Non Polar (Kanan)

Jenis kapasitor atau kondensator juga dapat dibagi menjadi beberapa

bagian, menurut kegunaannya yakni :

1. Kapasitor tetap

Kapasitor yang nilainya konstan dan tidak berubah, kapasitor tetap terbagi

3 macam yaitu:

a. Kapasitor Keramik

Berbentuk bulat tipis, ada yang persegi empat, berwarna hijau atau merah,

atau coklat. Kapasitor jenis ini dapat dibolak balik pemasangannya.

Gambar 4. Kondensator / Kapasitor Keramik

Mempunyai kapasitas mulai dari beberapa piko Farad sampai dengan

ratusan Kilopiko Farad (KpF). Dengan tegangan kerja maksimal 25 volt sampai

100 volt, tetapi ada juga yang sampai ribuan volt. Contoh misal pada badannya

tertulis 203, nilai kapasitasnya = 20.000 pF = 20 KpF = 0,02 μF.

Jika pada badannya tertulis = 502, nilai kapasitasnya = 5.000 pF = 5 KpF =

0,005 μF

Gambar 5. Cara Membaca Kapasitas Kondensator Keramik

b. Kapasitor Polyester

Pada dasarnya sama dengan kondensator keramik, begitu juga dengan cara

menghitung nilai kapasitasnya. Bentuknya seperti permen dang memiliki warna

hijau, coklat, dan sebagainya.

Gambar 6. Kondensator Polyester

c. Kapasitor kertas

Memiliki nilai kapasistansi antara 10 nF – 100 uF dengan toleransi kurang

lebih 5% dengan tegangan max 900volt, memiliki kestabilan yang cukup.

2. Kapasitor Elektrolit (Elco)

Kapasitor yang berbentuk tabung, termasuk jenis kapasitor polar dimana

memiliki 2 kutub (+) (-). Untuk menandai kedua kutub, kutub positif ditandai oleh

kaki yang panjang, sedangkan kutub negative ditandai dengan kaki yang pendek.

Nilai kapasitasnya dari 0,47 uF sampai ribuan makroFarad dengan voltase dari

beberapa volt sampai ribuan volt. Kondesntaor elektrolit dapat rusak apabila

terjadi kering ( kapasitas berubah), meledak yang disebabkan karena salah

pemberian tegangan positif dan negatif dan melewati batas maksimum tegangan

yang diberi, serta konsleting.

Gambar 7. Kondensator / Kapasitor Elektrolit

3. Kondensator Tak Tetap

Jenis ini kapasitasnya dapat diubah, secara fisik kondensator ini

mempunyai poros yang dapat diputar dengan menggunakan obeng untuk

mengubah nilai kapasitasnya.

Gambar 8. Kondensator Jenis Variable

2.3 Pengukuran Kapasitor

Kapasitor diukur berdasarkan satuan yang disebut “farad” (dilambangkan

dengan simbol “F”). Satuan ini menetapkan berapa banyak elektron yang dapat

disimpan oleh kapasitor. 1 Farad menyatakan jumlah elektron yang sangat

banyak. Kapasitor diukur dengan satuan “micro-farad” (F) (micro-farad adalah

sepersejuta farad).

Selain diukur dalam satuan farad, kapasitor juga memiliki rating tegangan

maksimum yang dapat ditanganinya. Ketika mengganti kapasitor, jangan

menggunakan kapasitor dengan rating tegangan yang lebih rendah.

Ada tiga faktor yang menentukan kapasitas sebuah kapasitor:

1. Luas pelat-pelat yang memiliki daya konduksi

2. Jarak di antara pelat-pelat yang memiliki daya konduksi

3. Bahan yang digunakan sebagai dielektrik.

Kapasitor yang bermuatan dapat mengirimkan energi simpanannya sama

seperti yang dapat dilakukan oleh baterai (meskipun penting untuk dicatat bahwa,

tidak seperti baterai, kapasitor menyimpan listrik, tetapi tidak menghasilkannya).

Ketika digunakan untuk mengalirkan arus walaupun dalam jumlah kecil, kapasitor

memiliki potential untuk menyimpan tegangan sampai beberapa minggu lamanya.

1. Total Capacitance

Total Capacitance sebuah rangkaian bergantung pada bagaimana kapasitor

dirancang dalam rangkaian pada Gambar 9. Jika kapasitor dalam bentuk paralel,

total capacitance ditentukan oleh rumus berikut:

CT = C1+C2+C3..............................................(2.1)

Jika kapasitor dalam seri, total capacitance ditentukan oleh rumus berikut:

………………….(2.2)

..........

Kapasistansi sendiri adalah kemampuan dari kapasitor untuk dapat

menampung muatan electron.

Gambar 9. Rangkaian Paralel dan Seri Kapasitor

Sebaiknya kedua terminal kapasitor dihubung-singkatkan sebelum

menghubungkannya dengan rangkaian atau avometer. Cara ini akan menetralkan

muatan listrik yang mungkin masih tersisa.

2. Kapasitansi

Kapasitansi didefinisikan sebagai kemampuan dari suatu kapasitor untuk

dapat menampung muatan elektron. Coulombs pada abad 18 menghitung bahwa 1

coulomb = 6.25 x 1018 elektron. Kemudian Michael Faraday membuat postulat

bahwa sebuah kapasitor akan memiliki kapasitansi sebesar 1 farad jika dengan

tegangan 1 volt dapat memuat muatan elektron sebanyak 1 coulombs. Dengan

rumus dapat ditulis :

Q = C V.....................................................(2.3)

Q = muatan elektron dalam C (coulombs)

C = nilai kapasitansi dalam F (farad) 

V = besar tegangan dalam V (volt) 

Dalam praktek pembuatan kapasitor, kapasitansi dihitung dengan

mengetahui luas area plat metal (A), jarak (t) antara kedua plat metal (tebal

dielektrik) dan konstanta (k) bahan dielektrik. Dengan rumus dapat di tulis

sebagai berikut:

C = (8.85 x 10-12) (k A/t) .........................................(2.4)

2.4 Membaca nilai kapasitas pada kapasitor

Biasanya pada badan kapasitor tertulis besar nilai kapasitasnya. Apabila

terdapat satu atau dua angka yang tertulis, ,maka kita bias baca langsung

kapasitasnya dengan satuan picoFarad (pF).

Gambar 10. Kapasitor yang Memiliki 2 Angka di Badannya, Tertulis 68 yang Berarti

68 pF.

Untuk yang di badan kapasitor memiliki 3 angka, misalkan tertulis 104

yang berarti :

1. Angka pertama dan kedua yaitu 10, menunjukkan nilai

2. Angka ketiga yaitu 4, sebagai faktor pengkali (pangkat) = 10.000

Sehingga kapasitor tersebut bernilai 10 x 10.000 = 100.000 pF = 100 nF =

0,1 uF

Gambar 11. Kapasitor Keramik yang Memiliki 3 Angka pada Badannya

Ada kapasitor berjenis polyester, dimana untuk mengetahui nilai

kapasitasnya harus berdasarkan atau perhitungan pada warna yang ada di

kapasitor tersebut.

Gambar 12. Kapasitor Polyester serta Keterangan Nilai dari Warnanya

Contoh : ada sebuah kapasitor polyester, pada badannya memilkiki warna

coklat, hitam, dan orange.

Maka : nilai kapasistansi nya adalah 103, dimana coklat = 1, hitam = 0,

dan orange = 3. Lalu dihitung untuk mengetahui besar kapasistanisnya (sama

dengan cara menghitung pada kapasitor keramik) , 10 x 1000 = 10.000 pF = 10 nF

= 0,01uF.

3. Fungsi Kapasitor dan Aplikasinya dalam Industri

3.1 Fungsi Kapasitor

Fungsi dari kapasitor adalah menyimpan muatan listrik. Dalam beberapa

sistem pengapian mobil, misalnya, sebuah kapasitor (disebut kondensor)

menyimpan sementara muatan pada saat poin breaker dari distributor terbuka. Jika

tidak ada kondensor, muatan akan melonjak jauh dan merusak poin.

Selain itu kapasitor juga berfungsi :

1. Sebagai kopling diantara satu rangkaian tertentu dengan rangkaian lannya

di power supply

2. Sebagai penyaring / filter didalam rangkaian power supply

3. Dalam rangkaian antena berfungsi sebagai pembangkit gelombang /

frekuensi

4. Pada lampu neon adalah untuk penghemat daya listrik

5. Pada rangkaian yg ada terdapat kumparan dan terjadi pemutusan /

terputusnya arus maka akan terjadi loncatan listrik, nah kapasitor lah yang

berfungsi untuk mencegah terjadinya loncatan listrik ini

6. Pada pesawat penerima radio fungsinya untuk pemilih panjang frekuensi /

gelombang yang akan ditangkap.

3.2 Aplikasi Kapasitor dalam Industri sebagai Penaik Faktor Daya

Dalam sistem tenaga listrik dikenal daya aktif dan daya reaktif. Daya aktif

adalah daya yang harus dibangkitkan di sisi pembangkit dan disalurkan melalui

saluran transmisi dan distribusi menuju konsumen, dan akhirnya dipakai untuk

menjalankan peralatan industri dan komputer di banyak bangunan modern.

Sedangkan daya reaktif adalah suatu besaran yang menunjukkan adanya fluktuasi

daya di saluran transmisi dan distribusi akibat digunakannya peralatan listrik yang

bersifat induktif (misal : motor listrik, trafo, dan las listrik).

Bagi konsumen kecil atau rumah tangga, keberadaan daya reaktif tidak

terlalu menjadi masalah karena PT. PLN tidak memperhitungkannya dalam

penentuan tagihan listrik. Akan tetapi bagi konsumen besar, pabrik atau bangunan

modern, PT. PLN mensyaratkan faktor-daya harus lebih dari 0,85. Jika nilai

faktor-daya kurang dari nilai itu maka daya reaktif akan diukur dan

diperhitungkan dalam penentuan besarnya tagihan. PT. PLN melakukan ini karena

aliran daya reaktif yang besar menyebabkan peralatan milik PT. PLN tidak bisa

bekerja secara efisien dan tidak bisa digunakan secara maksimum.

Untuk mengatasi masalah rendahnya faktor-daya atau tingginya daya

reaktif, banyak industri atau bangunan modern memasang kapasitor. Kapasitor

adalah peralatan listrik yang bisa menghasilkan daya reaktif yang diperlukan oleh

konsumen sehingga aliran daya reaktif di saluran bisa berkurang. Dengan kata

lain, kapasitor bermanfaat untuk menaikkan faktor-daya. Dengan memasang

kapasitor, konsumen besar bisa terhindar dari tambahan tagihan listrik karena

daya reaktif yang berlebih. Semakin mahalnya tarif listrik dan semakin tingginya

keinginan untuk mengoperasikan peralatan secara efisien, menyebabkan

penggunaan kapasitor semakin banyak dan meluas. Idealnya, kapasitor dipasang

di dekat peralatan yang memerlukan daya reaktif sehingga tidak perlu terjadi

adanya aliran daya reaktif melalui kabel, trafo, atau peralatan lainnya.

Sayangnya, semua teori tersebut hanya berjalan dengan baik jika

gelombang tegangan dan arus listriknya mempunyai bentuk sinusoidal. Dengan

semakin banyaknya banyaknya penggunaan inverter untuk menaikkan efisiensi

peralatan industri, penggunaan ballast elektronik untuk meningkatkan efisiensi

lampu, dan penggunaan penyearah untuk memasok komputer, data center, dan

bermacam peralatan IT maka bentuk gelombang tegangan dan arus berubah

menjadi nonsinusoidal. Seberapa jauh suatu gelombang menyimpang dari bentuk

sinusoidal dinyatakan dengan besarnya kandungan harmonisa. Arus harmonisa

adalah arus listrik yang frekuensinya kelipatan bulat dari frekuensi dasarnya (PT.

PLN menggunakan frekuensi dasar 50 Hz). Artinya, arus harmonisa mempunyai

frekuensi yang lebih tinggi dibanding frekuensi dasar 50 Hz. Arus harmonisa yang

banyak muncul di bangunan modern mempunyai frekuensi 150, 250, dan 350 Hz.

Di banyak bangunan modern, kandungan arus harmonisa yang mengalir di

jaringan listrik bisa mencapai lebih dari 30%.

Berlawanan dengan trafo atau induktor, kapasitor mempunyai impedansi

atau hambatan yang rendah pada frekuensi yang tinggi. Karena arus listrik

cenderung mengalir melalui melalui lintasan yang hambatannya rendah maka arus

harmonisa cenderung mengalir melalui kapasitor. Akibatnya, kapasitor bisa

mengalami arus lebih karena adanya harmonisa. Jika hambatan kapasitor

mempunyai nilai yang sama dengan hambatan jaringan sumber maka tercapailah

suatu kondisi yang disebut resonansi. Pada kondisi resonansi, hambatan total

sistem menjadi nol. Kondisi ini mirip dengan kondisi rangkaian pendek yang

membahayakan kapasitor dan peralatan lainnya. Kondisi inilah yang sering

menyebabkan rusaknya kapasitor dan peralatan lainnya. Karena kapasitor

biasanya berisi minyak, kapasitor yang terbakar bisa memicu kebakaran yang lain.

Kejadian inilah yang sering memicu banyak kebakaran di industri dan bangunan

modern.

Untuk mengatasi masalah terbakarnya kapasitor karena adanya arus

harmonisa, bermacam cara sederhana bisa dilakukan. Cara pertama yang umum

ditawarkan oleh banyak pabrik pembuat kapasitor adalah dengan memasang

induktor secara seri dengan kapasitor untuk mencegah mengalirnya arus

harmonisa melalui kapasitor. Cara ini cukup efektif tetapi menyebabkan biaya

pemasangan kapasitor menjadi mahal. Cara lain yang sering penulis lakukan

untuk mengatasi masalah ini adalah menjauhkan pemasangan kapasitor dari posisi

beban yang diperkirakan banyak menghasilkan harmonisa. Cara ini sering sekali

bisa dilakukan tanpa banyak mengeluarkan biaya tambahan.

4. Analisa Pemanfaatan Kapasitor

4.1 Pemanfaatan Kapasitor Secara Umum

Seperti yang diketahui pemanfaatan kapasitor secara umum yaitu pada

rangkaian elektronika, baik yang sederhana maupun kompleks. Kapasitor secara

umum berfungsi sebagai penyimpan muatan pada jangka waktu tertentu. Fungsi

kapasitor biasanya sesuai dengan karakteristik kapasitor tersebut, misalkan

kapasitor kertas dan keramik banyak digunakan pada rangkaian radio frekuensi

seperti osilator, pemancar, dan receiver.

Contoh lainnya kapasitor elko yang digunakan pada rangkaian filter atau

kopling pada penguat atau amplifier. Jenis kapasitor ini banyak digunakan pada

untuk fungsi sebagai penyaring karena memilki kapasitansi terbesar diantara

semua jenis kapasitor yang ada. Salah satu penggunaan elko pada filter adalah

pada rangkaian power supply.

Gambar 13. Penggunaan Kapasitor pada Power Supply

4.2 Pemanfaatan Kapasitor Pada Industri Besar

Pemanfaatan kapasitor pada industri besar biasanya sebagai sarana

perbaikan factor daya. Perbaikan factor daya merupakan suatu usaha atau langkah

langkah untuk dapat mencapai sistem kelistrikan yang optimal. Faktor daya yang

buruk dapat merugikan suatu sistem kelistrikan. Adapun kerugian yang dapat

ditimbulkan dengan adanya faktor kerja yang buruk atau rendah adalah :

1. Daya terpasang listrik PLN (kVA) tidak dapat optimal. Jika beban yang

ada sudah mencapai batas arus dari daya terpasang , maka tidak dapat

menambah beban listrik lagi padahal kW yang terpakai masih dibawah

daya terpasang.

2. Dengan faktor daya rata rata /bulan yang rendah akan dikenai penalty /

denda dari PLN yang nilai rupiah / kVARh nya cukup tinggi. Hal ini

karena sudah melebihi ketentuan standar dari PLN yaitu sebesar 0,85.

3. Dengan faktor daya yang rendah maka arus menjadi lebih tinggi. Arus

yang tinggi ini akan menjadikan kabel lebih panas disebabkan disipasi

energi yang lebih besar.

4. Jika instalasi menggunakan kabel penghantar yang panjang dan jauh maka

akan menyebabkan tegangan jatuh (delta V) semakin besar diujung beban .

Tegangan jatuh berbanding lurus dengan arus yang melewati penghantar.

Dengan keempat kerugian yang ditimbulkan oleh karena faktor daya yang

rendah maka diupayakan memperbaikinya dengan memasang bank kapasitor,

yaitu sekumpulan kapasitor yang disambung secara paralel untuk mendapatkan

kapasitas kapasitif tertentu. Besaran yang sering dipakai adalah kVAR ( kilo-Volt

Ampere Reaktif ) meskipun di dalamnya tercantum besaran kapasitansi yaitu

Farad atau microFarad. Kapasitor ini mempunyai sifat listrik yang kapasitif

(leading). Sehingga mempunyai karaktristik untuk menghilangkan sifat induktif

(lagging). Atas dasar inilah nilai faktor daya diperbaiki.

Gambar 14. Penggunaan Kapasitor sebagai Perbaikan Faktor Daya

4.3 Metoda Pemasangan Kapasitor

Cara pemasangan instalasi kapasitor dapat dibagi menjadi 3 bagian yaitu :

1. Global Compensation

Kapasitor dipasang di induk panel (MDP). Arus yang turun dari

pemasangan model ini hanya di penghantar antara panel MDP dan transformator.

Sedangkan arus yang lewat setelah MDP tidak turun. Dengan demikian rugi

akibat disipasi panas pada penghantar setelah MDP tidak terpengaruh.

2. Sectoral Compensation

Kapasitor yang terdiri dari beberapa panel kapasitor dipasang dipanel SDP.

Cara ini cocok diterapkan pada industri dengan kapasitas beban terpasang besar

sampai ribuan kVA dan terlebih jarak antara panel MDP dan SDP cukup jauh.

3. Individual Compensation

Kapasitor langsung dipasang pada masing masing beban khususnya yang

mempunyai daya yang besar. Cara ini sebenarnya lebih efektif dan lebih baik dari

segi teknisnya. Namun ada kekurangannya, yaitu harus menyediakan ruang atau

tempat khusus untuk meletakkan kapasitor tersebut sehingga mengurangi nilai

estetika. Di samping itu jika mesin yang dipasang sampai ratusan buah berarti

total cost yang di perlukan lebih besar dari metode di atas.

4. Kesimpulan

Dari analisa yang telah dilakukan maka dapat ditarik beberapa kesimpulan

tentang pemanfaatan kapasitor yaitu :

1. Kapasitor adalah alat yang dapat menyimpan energi di dalam medan

listrik dalam jangka waktu tertentu.

2. Prinip kerja kapasitor yaitu saat kedua plat yang terpisah oleh

dielektrik bersinggungan dengan tegangan listrik, plat negatif akan

terisi elektron-elektron. Jika sumber tegangan dilepas, electron-

elektron masih tetap tersimpan pada plat kapasitor sehingga muatan

listrik tersimpan.

3. Beberapa fungsi kapasitor diantaranya sebagai filter, pembangkit

gelombang/frekuensi, pengaman, pemilih panjang frekuensi, perbaikan

factor daya, dan lainnya.

4. Sebelum menghubungkan pada rangkaian, sebaiknya kedua terminal

kapasitor dihubung-singkatkan. Cara ini bertujuan untuk menetralkan

muatan listrik yang mungkin masih tersisa pada kapasitor.