MEMPERBAIKI FAKTOR DAYA PADA SISTEM DISTRIBUSI PRIMER

DENGAN KAPASITOR SHUNT

Oleh :

Puguh Dwi Prasetyo (2203 109 045)

Pressa Perdana Surya S. (2206 100 068)

Rony Candrabuwana (2206 100 148)

ABSTRAK

Peningkatan beban yang bersifat induktif dapat mengakibatkan pada penurunan faktor daya, peningkatan rugi-rugi jaringan, penurunan tegangan khususnya pada ujung saluran, dan regulasi tegangan yang memburuk. Alternatif yang dapat dilakukan untuk memperbaiki profil tegangan tersebut adalah dengan melakukan kompensasi daya reaktif yaitu dengan memasang kapasitor shunt.

1. PENDAHULUAN

Pada umumnya dalam sebuah sistim daya, pertimbangan permintaan daya aktif dan daya reaktif oleh beban untuk menjaga sistem beroperasi dengan faktor daya yang baik tidaklah selamanya dapat dipenuhi oleh pembangkit tenaga listrik yang ada dalam sistim tersebut.Akibatnya akan mengalir arus reaktif yang tidak terkontrol pada jaringan,yang berakibat pada penurunan faktor daya, peningkatan rugi-rugi jaringan, penurunan tegangan khususnya pada ujung saluran, dan regulasi tegangan yang memburuk. Hal ini akan menimbulkan kerugian baik pada produsen dalam hal ini adalah PLN sebagai penyedia listrik maupun konsumen (pemakai listrik).

Alternatif untuk mengurangi akibat dari meningkatnya arus reaktif ini adalah dengan melakukan kompensasi daya reaktif,yang bertujuan untuk transportasi daya reaktif pada jaringan tenaga listrik dan menjaga agar profil tegangan selalu berada pada batas-batas yang diijinkan. Alternatif yang dapat dilakukan adalah dengan memasang kapasitor shunt.Kapasitor shunt berguna sebagai sumber daya reaktif tambahan untuk mengkompensasi daya induktif akibat pembebanan tersebut. Pemasangan kapasitor shunt ini diharapkan akan dapat menurunkan rugi- rugi yang berarti penghematan energi listrik, peningkatan kualitas tegangan dan kualitas daya (power quality), serta penurunan arus listrik yang mengalir pada beban sehingga dapat menambah beban tanpa perlu menambah atau membangun saluran yang baru.

Dalam aplikasinya capasitor bank sering digunakan di pabrik- pabrik besar, hotel berbintang yang membutuhkan power factor lebih baik dari 0,85 atau mendekati nilai 1. Jika power factor kurang dari

0,85, maka industri ini akan terkena denda KVAR dan pada sistem tenaga listriknya terjadi losses. Jadi dengan memasang capasitor bank, selain bisa menghemat tagihan rekening listrik per bulan, juga bisa mendapatkan penghematan dari optimasi jaringan (ukuran kabel bisa dipilih yang lebih kecil, rugi-rugi daya diperkecil, dan efisiensi jaringan listrik).

2. URAIAN

2.1 Sistem Jaringan Distribusi

Jaringan transmisi dan jaringan distribusi pada sistem tenaga listrik berfungsi sebagai sarana untuk menyalurkan energi listrik yang dihasilkan dari pusat pembangkit ke pusat-pusat beban.Sistem jaringan distribusi dapat dibedakan menjadi dua yaitu sistem jaringan distribusi primer dan sistem jaringan distribusi sekunder. Kedua sistem tersebut dibedakan berdasarkan tegangan kerjanya. Pada umumnya tegangan kerja pada sistem jaringan distribusi primer adalah 20 kV, sedangkan tegangan kerja pada sistem jaringan distribusi sekunder adalah 220/380 V.

2.2 Pengaruh Kapasitor Shunt

Kapasitor ini terhubung paralel pada jaringan maupun langsung pada beban, dengan tujuan untuk perbaikan faktor daya, sebagai pengatur tegangan maupun untuk mengurangi kerugian daya dan tegangan pada jaringan. Dengan tanggapan tegangan sisi beban dipertahankan konstan, maka dari gambar dibawah ini terlihat bahwa dengan menggunakan kapasitor shunt, maka arus reaktif yang mengalir pada saluran akan berkurang. Hal ini menyebabkan berkurangnya penurunan tegangan pada saluran,sehingga diperlukan tegangan sumber yang tidak berbeda jauh dengan tegangan terima. Berkurangnya arus reaktif yang mengalir pada saluran akan memberikan penurunan rugi-rugi daya dan rugi-rugi energi.

Kapasitor shunt mensuplai daya reaktif atau arus untuk menetralkan komponen keluaran antar phasa dari arus yang diperlukan oleh beban induktif. Penurunan tegangan pada penyulang, atau pada saluran transmisi yang pendek dengan faktor daya yang ketinggalan dapat dihitung sebagai berikut :

Ketika kapasitor ditempatkan pada akhir saluran, resultan drop tegangannya dapat dihitung :

VD = IRR + IXXL - ICXL Volt (2) Dimana Ic = komponen reaktif dari arus yang mendahului.

Perbedaan antara penurunan tegangan yang dihitung berdasarkan persamaan (1) dan (2) adalah kenaikan tegangan pada pemasangan kapasitor yang dapat ditunjukkan sebagai berikut :

VR =ICXL Volt (3)

Penurunan tegangan maksimum pada beban penuh, yang dibolehkan dibeberapa titik pada jaringan distribusi adalah (SPLN 72 :1987) :

a. SUTM = 5 % dari tegangan kerja bagi sistem radial

b. SKTM = 2 % dari tegangan kerja pada sistem spindel dan gugus.

c. Trafo distribusi = 3 % dari tegangan kerja

d. Saluran tegangan rendah = 4% dari tegangan kerja tergantung kepadatan beban.

e. Sambungan rumah = 1 % dari tegangan nominal.

2.3. Faktor Daya

Sumber listrik AC mengeluarkan energi listrik dalam bentuk energi nyata dan energi reaktif. Energi nyata (dinyatakan dalam kW) adalah energi yang diperlukan untuk ditransformasikan ke bentuk energi yang lain, misalnya energi mekanik, energi panas, energi cahaya dan sebagainya. Energi reaktif (dinyatakan dalam kVAR) diperlukan oleh peralatan yang bekerja dengan sistem elektromagnet, yaitu untuk pembentukan medan magnetnya. Peralatan ini diantaranya transformator, motor, lampu pijar, dan sebagainya.

Kedua energi di atas membentuk daya total yang disebut dengan daya semu (dinyatakan dalam kVA). Daya semu ini merupakan penjumlahan vektor dari daya nyata dan daya reaktif.

Gambar. Hubungan Ketiga Jenis Energi

Jika Daya Semu S = .U. I (3)Dimana U = tegangan antar fasa dan I = arus jaringan, maka :Daya Nyata (KW) : P = .U.I.cos φ (4)Daya Reaktif (KVAR) : Q = .U.I.sin φ (5)Daya semu (KVA) :

S =

Faktor daya (cos φ) adalah perbandingan antara daya nyata (kW) dengan daya semu (kVA). Sebuah instalasi akan semakin baik dari segi teknis maupun ekonomis, jika nilai faktor dayanya mendekati / mencapai nilai 1. Faktor daya disebut tertinggal (lagging), jika fasa tegangan mendahului fasa arus (bersifat induktif) dan disebut mendahului (leading), jika fasa arus mendahului fasa tegangan (bersifat capasitif).

2.4. Koreksi Faktor Daya

Pembangkitan daya reaktif pada perencanaan daya dan pensuplaiannya ke beban-beban yang berlokasi pada jarak yang jauh adalah tidak ekonomis,tetapi dapat dengan mudah disediakan oleh kapasitor yang ditempatkan pada pusat beban.

Dengan mengasumsikan beban disuplai dengan daya nyata (aktif) P, daya reaktif tertinggal Q1, dan daya semu S1, pada faktor daya tertinggal bahwa :

ketika kapasitor shunt Qc kVA dipasang pada beban, faktor daya dapat ditingkatkan dari cos θ1 ke cos θ2, dimana :

S = kVA saat beban puncak sebelumdipasang kapasitor

S’ = kVA saat beban puncak setelah dipasangkapasitor

P = daya aktif

Oleh karena itu, dapat dilihat dari gambar 4.b, daya semu dan daya reaktif menurun dari S1 kVA menjadi S2 kVA dan dari Q1 kvar menjadi Q2 kvar. Tentu saja, penurunan hasil daya reaktif dalam penurunan arus total, yang disebabkan oleh turunnya penyusutan daya. Sehingga koreksi faktor daya menghasilkan penghematan ekonomi dalam pengeluaran yang besar dan pengeluaran bahan bakar melalui pengurangan kapasitas kilovoltampere dan penurunan rugi daya dalam semua perlengkapan diantara titik yang dipasang kapasitor dan rencana sumber daya, termasuk saluran distribusi, trafo di gardu induk dan saluran transmisi. Peningkatan faktor daya adalah titik dimana keuntungan ekonomis dari pemasangan kapasitor shunt sama dengan harga dari kapasitor tersebut.

Keuntungan lain dari pemasangan kapasitor adalah perbaikan faktor daya dan pengurangan kVA yang mengalir pada jaringan. Dengan pemasangan kapasitor akan mengurangi daya reaktif yang mengalir pada jaringan. sehingga dengan daya nyata yang sama, maka faktor daya akan lebih besar dan kVA akan berkurang. Keadaaan ini ditunjukkan pada gambar berikut:

Gambar 5. Vektor diagaram pada jaringan dengan pemasangan kapasitor

Faktor daya merupakan perbandingan antara daya nyata (kW) dan daya semu (kVA).Dari gambar dapat ditentukan bahwa faktor daya sebelum dan sesudah dipasang kapasitor adalah cos θ dan cos θnew. Setelah dipasang kapasitor, faktor daya menjadi :

Dengan adanya perbaikan faktor daya, akan timbul pengurangan kVA yang mengalir pada jaringan. Sehingga pada jaringan tersebut dapat ditambahkan sejumlah kVA sebesar pengurangan kVA yang terjadi. Tambahan kVA ini merupakan selisih antara kVA sebelum dipasang kapasitor dengan kVA setelah dipasang kapasitor

Dimana :

ΔD = kVA tambahan

Q = daya reaktifQc = rating dari kapasitor (kVAR)

Dengan adanya kVA tambahan pada suatu jaringan,akan menambah jumlah beban yang dapat ditanggung oleh jaringan tersebut. Hal ini merupakan suatu keuntungan, karena apabila ada tambahan beban pada daerah dimana jaringan itu berada, daya listriknya dapat dikirim melalui jaringan tersebut tanpa perlu membangun jaringan yang baru

2.5.1. Kerugian Faktor Daya Rendah

Faktor daya yang rendah mengakibatkan beberapa kerugian pada sistem, antara lain :

a. Rendahnya tegangan pada sisi beban.

b. Rugi tegangan dan daya yang besar

c. Terjadi pemanasan pada kawat penghantar yang dapat merusak isolasi

d. Memperpendek umur peralatan.

2.5.2. Keuntungan Perbaikan Faktor Daya

Faktor daya yang rendah mengakibatkan kerugian yang tidak diinginkan, maka perlu sekali diadakan perbaikan faktor daya yang rendah. Hal ini dilaksanakan selama biaya untuk memperbaiki masih lebih murah daripada kerugian yang ditimbulkan.

Dengan adanya perbaikan faktor daya akan diperoleh beberapa keuntungan antara lain :

a. Keuntungan bagi konsumen

1. Menghilangkan denda PLN atas kelebihan pemakaian daya reaktif.

2. Menurunkan pemakaian KVA total.

3. Meningkatkan daya yang disuplai oleh trafo.

4. Penurunan rugi tegangan.

5. Menurunkan rugi pada kabel.

b. Keuntungan bagi PLN

1. Meningkatkan persediaan daya yang tersedia pada trafo.

2. Optimasi jaringan :

a. Optimasi biaya : ukuran kabel diperkecil.

b. Penurunan rugi tegangan

c. Peningkatan kemampuan jaringan dalam menyalurkan daya.

3. Optimasi mengurangi naiknya arus / suhu pada kabel, sehingga mengurangi rugi-rugi.

3. DAFTAR PUSTAKA

[1] Zukhri, Z. 2000. Analisis Rangkaian. Yogyakarta : J & J Learning

[2] 1987. Spesifikasi Desain Untuk Jaringan Tegangan Menengah (JTM) Dan Jaringan Tegangan Rendah (JTR). SPLN 72. Jakarta : PT. PLN (persero)

[3] Utama, Ngakan Putu Satriya. 2008. Memperbaiki Profil Tegangan di Sistem Distribusi Primer. Jurnal Teknologi elektro Vol. 7 No.1 Januari - Juni 2008

[4] widodo, agus. 2006. perencanaan dan pembuatan modul praktek capasitor bank secara otomatis untuk laboratorium di politeknik negeri malang. Malang : perpustakaan POLITEKNIK NEGERI MALANG