Power Factor Corection

Perbaikan faktor kerja adalah suatu usaha atau langkah langkah untuk dapat mencapai

system kelistrikan yang optimal. Power factor yang buruk dapat merugikan suatu sistem

kelistrikan. Adapun kerugian yang dapat ditimbulkan dengan adanya factor kerja yang buruk

atau rendah adalah :

1. Daya terpasang listrik PLN ( KVA) tidak dapat optimal. Jika beban yang ada sudah mencapai

batas arus yang diijinkan . maka tidak dapat menambah beban listrik lagi sedangkan kw yang

terpakai masih dibawah daya terpasang.

2. Dengan power factor yang rendah akan dikenakan penalty / denda dari PLN yang nilai rupiah

/ kvarh nya cukup tinggi. Hal ini karena sudah melebihi ketentuan yang distandarkan dari

PLN yaitu sebesar 0,85.

3. Dengan power factor yang rendah maka arus menjadi lebih tinggi. Dengan arus yang tinggi

ini akan menjadikan kabel lebih panas karena energi yang terbuang karena arus . sesuai

dengan rumus I Rt . maka dengan tahanan kabel yang tetap dan arus yang melewati kabel

berbanding lurus dengan panas yang dikeluarkan.

4. Jika instalasi dengan kabel penghantar yang panjang dan jauh maka akan menyebabkan

tegangan jatuh ( V ) semakin besar diujung beban . Tegangan jatuh berbanding lurus dengan

arus yang melewati penghantar.

Dengan keempat kerugian yang ditimbulkan oleh karena power factor yang rendah maka

diupayakan memperbaikinya dengan memasang capasitor bank.

Bagaimanakah konsep dasar sehingga dengan pemasangan kapasitor bank dapat memperbaiki

factor kerja dari suatu sistem kelistrikan ?

Hal itu dapat dijelaskan sebagai berikut:

Beban beban yang mempunyai kecenderungan memiliki cosphi kurang dari satu tertinggal

( leaging) adalah beban beban listrik yang mempunyai unsur lilitan dan inti besi. Semisal

lampu tabung denga ballastnya, motor motor listrik, las listrik dan transformator regulator.

Sehingga daya listrik yang dipakai untuk mengoperasikan peralatan tersebut terdiri dari dua

unsur yaitu daya aktif dan daya reaktif.

Daya aktif adalah daya yang terpakai yang terukur dengan kilowattmeter. Daya ini

membentuk energi aktif persatuan waktu dan dapat diukur dengan kwh meter.

Sedangkan daya reaktif adalah daya yang terpakai sebagai energi pembangkitan flux

magnetic sehingga timbul magnetisasi. Dan daya ini dikembalikan ke system karena efek

induksi elektromagnetik itu sendiri.

Capasitor bank adalah sekumpulan beberapa kapasitor yang disambung secara parallel untuk

mendapatkan kapasitas kapasitif tertentu. Besaran yang sering dipakai adalah Kvar ( Kilovolt

ampere reaktif ) meskipun didalamnya terkandung / tercantum besaran kapasitansi yaitu Farad

atau microfarad. Kapasitor ini mempunyai sifat listrik yang kapasitif ( leading ). Sehingga

mempunyai sifat mengurangi / menghilangkan terhadap sifat induktif ( leaging ) .Dengan Dasar

inilah Nilai power factor diperbaiki.

MENGHITUNG DAYA REAKTIF YANG DIPERLUKAN UNTUK MEMPERBAIKI

FAKTOR KERJA

Berapakah kapasitas daya reaktif yang diperlukan untuk memperbaiki system instalasi agar

dicapai power factor yang diinginkan .Ada beberapa metode yang bisa digunakan yaitu :

1. Metode tabel Cos Phi

Metoda ini menggunakan table cos phi (terlampir).Data yang diperlukan adalah daya

beban puncak dan factor daya (cos phi )

Contoh :

Sebuah instalasi pabrik memiliki factor daya 0,7 untuk beban puncak 600 kw jika factor daya

yang diinginkan menjadi 0,93 diperlukan daya kapasitor sebesar :

Dari tabel didapat angka : 0,62

Maka daya reaktif yang diperlukan = 0,62 x 600 kw = 372 kvar

2. Pembacaan Kvarh meter

Dengan uji petik pembacaan Kvarh meter analog pada beban puncak. Data yang

diperlukan adalah Ratio CT, Ratio PT dan Rev./kvarh

Contoh :

Pembacaan putaran piringan kvarh meter setiap 10 putaran adalah 60 dtk. CT Ratio 20/5 A, PT

Ratio 20 / 0,1 KV dan rev / kvarh = 900 putaran / kvarh

Daya reaktif yang diperlukan :

CT ratio ( 4)x PT ratio(200) x 3600 dt /60 dtk x 10 putaran

----------------------------------------------------------------------- = 900 putaran / Kvarh

= 480.000 / 900 = 533 kvar

3. Pembacaan ampere dan cos phi

Dengan pembacaan ampere meter pada beban puncak dan pembacaan power factor pada beban

puncak. Contoh =

Besar arus rata rata pada beban puncak 1000 Ampere

Power factor pada beban puncak 0,8 tertinggal (cosphi 1 )

Power factor yang direncanakan 1 ( cos phi 2 )

Q = 3 x VL x ( I sin phi 1 – I cos phi 1 x sinphi 2 )

-------------------------------------------------------------

Cos phi 2

Q = 1,732 x 400 V x ( 1000 x 0,6 - 1000 x 0,8 x 0 )

--------------------------------------------------------------

1

Q = 692 x 600

Q = 415 Kvar

4. Pembacaan kw dan cos phi

Metode ini bersifat global yang diperkirakan power factor target cosphi 1

Dengan rumus dasar :

KVA = KW + KVAR

KVAR = KVA - KW

Contoh : Beban maksimum 400 kw pada cos phi 0,8

Beban dihitung KVA = 400/ 0,8 = 500

KVAR = 500 - 400 = 250.000 - 160.000 = 90.000

= 300 KVAR

Jika target power factor yang diharapkan kurang dari satu maka dapat menggunakan rumus :

Cos phi 1 ( awal ) = 0,8

Cos phi 2 (target) = 0,95

Daya aktif = 400 kw

Rumus =

Kvar = Kw ( tan phi 1 - tan phi 2 )

1 1

Kvar = Kw ( ---------- -1 - ---------- - 1 )

Cosphi 1 cosphi 2

1 1

= 400 ( ---------- -1 - ---------- - 1 )

0,8 0,95

= 400 ( 0,75 - 0,33 )

= 168 Kvar

5. Pembacaan rekening/tagihan listrik

Metode ini memerlukan data dari kwitansi selama satu periode (misalnya 1 tahun ). Kemudian

data diambil dari pembayaran denda kvar tertinggi. Data lain yang diperlukan adalah jumlah

waktu pemakaian.

Kvarh tertinggi 63504

Q = ------------------------ = ------------- = 265 Kvar

Waktu pemakaian 8 jam x 30 hari

METODA PEMASANGAN INSTALASI KAPASITOR

Cara pemasangan instalasi kapasitor dapat dibagi menjadi 3 bagian yaitu :

1. Global compensation

Dengan metode ini 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. Terlebih instalasi tenaga dengan

penghantar yang cukup panjang Delta Voltagenya masih cukup besar.

2. Sectoral Compensation

Dengan metoda ini 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 berjauhan.

3. Individual Compensation

Dengan metoda ini 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 kekurangan nya yaitu harus menyediakan ruang atau tempat khusus untuk

meletakkan kapasitor tersebut sehingga mengurangi nilai estetika. Disamping itu jika mesin yang

dipasang sampai ratusan buah berarti total cost yang di perlukan lebih besar dari metode diatas

HARMONIC WAVE ( GELOMBANG HARMONIC )

Beban listrik di industri dapat dikelompokkan menjadi 2 bagian yaitu

Beban linier Yang dimaksud dengan beban linier adalah beban beban listrik yang tidak

menimbulkan distorsi gelombang frekuensi . Hingga jika dilihat dari spectrum gelombang

arus dan tegangan tidak nampak gelombang dengan frekuensi yang lain. Misalnya motor

listrik induksi , pemanas , pijar dan lain lain

Beban non linier Yang dimaksud beban non linier adalah beban beban listrik yang dapat

menimbulkan distorsi arus dan tegangan sehingga bentuk gelombang sudah tidak lagi

sempurna sinusoida melainkan bisa dilihat seperti gambar. Frekuensi lain yang mucul akibat

hal ini yang dinamakan gelombang harmonic. Beban beban listrik yang mengandung

harmonic tinggi antara lain mesin las listrik, inverter, soft starter, motor motor DC, UPS,

trafo saturasi,tanur listrik

Selain dapat berpotensi merusakkan kapasitor harmonic ini juga dapat menyebabkan :

1. Menaikkan rugi rugi panas pada motor , transformator dan generator sehingga menurunkan

rendemen dari peralatan tersebut.

2. Combinasi parallel antara beban dan kapasitor dapat menimbulkan resonansi yang sifatnya

memperkuat harmonic.dan berbahaya bagi peralatan elektronik.K

3. arena harmonic berpengaruh terhadap flux motor sehingga menimbulkan mekanikal vibrasi ,

noise dan ripple pada torsi motor.

4. Karena terpengaruh harmonic interference maka peralatan proteksi yang sifatnya elektronik

dapat terpengaruh dan dapat mengalami kegagalan.

5. Karena gelombang arus dan tegangan sudah terdistorsi dengan harmonic maka pengukuran

dengan instrument listrik bisa tidak lagi akurat karena gelombang arus dan tegangan sudah

tidak sinusoida murni.

Bagi peralatan peralatan elektronik vital sangat diperlukan peralatan pencegah harmonic buruk

yaitu dengan memasang Filter harmonic yang bekerja menghilangkan gelombang harmonic.

Dan Jika harmonic sudah mencapai nilai tinggi hingga kapasitor tegangan 470 V masih terlalu

rendah tegangannya , maka dapat digunakan Detuned Reactor.

Detuned reactor adalah coil impedansi yang dipasang seri dengan kapasitor bank yang telah

dinaikkan range tegangannya menjadi 525 V.

Pemasangan Detuned Reactor akan memberikan keuntungan :

- Melindungi kapasitor dari kerusakan akibat kelebihan tegangan / arus karena harmonic yang

terlalu tinggi.

- Dapat menurunkan prosentase harmonic pada jaringan.

Komponen komponen yang terdapat pada panel kapasitor antara lain :

1. Main switch / load Break switch

Main switch ini sebagai peralatan kontrol dan isolasi jika ada pemeliharaan panel .

Sedangkan untuk pengaman kabel / instalasi sudah tersedia disisi atasnya (dari) MDP.Mains

switch atau lebih dikenal load break switch adalah peralatan pemutus dan penyambung yang

sifatnya on load yakni dapat diputus dan disambung dalam keadaan berbeban, berbeda dengan

on-off switch model knife yang hanya dioperasikan pada saat tidak berbeban .

Untuk menentukan kapasitas yang dipakai dengan perhitungan minimal 25 % lebih besar dari

perhitungan KVar terpasang dari sebagai contoh :

Jika daya kvar terpasang 400 Kvar dengan arus 600 Ampere , maka pilihan kita berdasarkan 600

A + 25 % = 757 Ampere yang dipakai size 800 Ampere.

2. Kapasitor Breaker.

Kapasitor Breaker digunkakan untuk mengamankan instalasi kabel dari breaker ke Kapasitor

bank dan juga kapasitor itu sendiri. Kapasitas breaker yang digunakan sebesar 1,5 kali dari arus

nominal dengan I m = 10 x Ir.

Untuk menghitung besarnya arus dapat digunakan rumus

I n = Qc / 3 . VL

Sebagai contoh : masing masing steps dari 10 steps besarnya 20 Kvar maka dengan

menggunakan rumus diatas didapat besarnya arus sebesar 29 ampere , maka pemilihan kapasitas

breaker sebesar 29 + 50 % = 43 A atau yang dipakai 40 Ampere.

Selain breaker dapat pula digunakan Fuse , Pemakaian Fuse ini sebenarnya lebih baik karena

respon dari kondisi over current dan Short circuit lebih baik namun tidak efisien dalam

pengoperasian jika dalam kondisi putus harus selalu ada penggantian fuse. Jika memakai fuse

perhitungannya juga sama dengan pemakaian breaker.

3. Magnetic Contactor

Magnetic contactor diperlukan sebagai Peralatan kontrol.Beban kapasitor mempunyai arus

puncak yang tinggi , lebih tinggi dari beban motor. Untuk pemilihan magnetic contactor minimal

10 % lebih tinggi dari arus nominal ( pada AC 3 dengan beban induktif/kapasitif). Pemilihan

magnetic dengan range ampere lebih tinggi akan lebih baik sehingga umur pemakaian magnetic

contactor lebih lama.

4. Kapasitor Bank

Kapasitor bank adalah peralatan listrik yang mempunyai sifat kapasitif..yang akan berfungsi

sebagai penyeimbang sifat induktif. Kapasitas kapasitor dari ukuran 5 KVar sampai 60 Kvar.

Dari tegangan kerja 230 V sampai 525 Volt.

DESIGN DAN PERENCANAAN PANEL KAPASITOR

Suatu pabrik mempunyai parameter listrik sebagai berikut :

Pada beban puncak / full operasional terbaca :

Ampere : 1200 Ampere

Tegangan : 385 Volt AC

Cos phi : 0,75 ( cosphi 1 ) = sin phi 1 : 0,661

Kw meter : 600 Kw

Cos phi yang ditargetkan : 0,96 (cosphi 2 ) = sin phi 2 : 0,28

Perhitungan dengan rumus :

Ic = ( Arus Maksimum x sin phi 1) – ( Arus maksimum x cos phi 1 x sin phi 2 )

-----------------------------------------------------------------------------------------

Cos phi 2

= ( 1200 x 0,661 ) - ( 1200 x 0,75 x 0,28 )

-----------------------------------------------

0,96

= 793 ,2 - 262,5

= 530,7 Ampere Reaktif

Qc = 3 x VL x Ic

= 1,732 x 385 x 530,7

= 353,88 Kvar = 354 Kvar

Kapasitor yang dibutuhkan :

Tegangan jala jala terukur 385 V ( V1 )

Tegangan kerja kapasitor 415 V ( V 2 )

Daya reaktive terhitung 354 Kvar ( Q1 )

Daya Reaktive Kebutuhan ( Q2) ?

Q 1 = 354

Q 2 = 411,6 Kvar = 420 Kvar

Jadi kebutuhan daya reaktif aktualnya 420 Kvar

1. Mains switch yang digunakan sebesar :

MS = 1,25 x I c = 1,25 x 530 Ampere = 662 Ampere

Bisa dipilih antara kapasitas switch 630 A atau 800 A

Selain Load break switch ( LBS ) bisa digunakan MCCB atau fuse

2. Regulator yang di pilih mempunyai 12 steps dengan perhitungan

10 Kvar x 1 steps , 20 kvar x 1 steps , 30 Kvar x 1 steps dan 40 Kvar 9 steps = 10 + 20 + 30 +

360 = 420 Kvar

Current transformer yang dipakai 600 / 5 A atau menggunakan Current transformer yang sudah

ada di panel MDP berapapun ampernya, Reactive power regulator dapat menyesuaikan settingan.

3. Pemutus tenaga yang digunakan bisa menggunakan MCCB atau Fuse

Untuk 10 Kvar = 20 Ampere ( fuse 25 Ampere)

Untuk 20 Kvar = 40 Ampere ( fuse 50 Ampere )

Untuk 30 KVar = 60 Ampere ( fuse 80 Ampere )

Untuk 40 Kvar = 80 Ampere ( fuse 100 Ampere)

Dianjurkan memilih breaker dengan breaking capacity yang tinggi minimal 25 KA.

4. Magnetic contactor yang digunakan untuk kapasitor

10 Kvar = 20 Ampere

20 Kvar = 40 Ampere

30 Kvar = 60 Ampere

40 Kvar = 80 Ampere

Rating ampere kontaktor kondisi pada AC 3 bukan AC1

5. Kapasitor bank yang digunakan pada tegangan jaringan 400/415 V

10 Kvar 1 unit

20 Kvar 1 unit

30 Kvar 1 unit

40 Kvar 9 unit

6. Busbar utama untuk kapasitas 600 Ampere menggunakan ukuran

8 x 50 mm = 400 mm 2 (batang tembaga ).Untuk busbar main switch menggunakan ukuran 10 x

30 mm = 300 mm2

7. Kabel Power kapasitor bank menggunakan kabel NYA / NYAF

10 Kvar = 6 mm 2

20 Kvar = 10 mm 2

30 Kvar = 16 mm 2

40 Kvar = 25 mm 2

Additional komponen :

- Exhaust fan 60 watt 220 V + Thermostat

- Selektor auto manual

- Push button on – off

- Pilot lamp

- Mcb control / fuse control

- Cover pertinax 2 mm

Box panel yang digunakan ukuran :

Tinggi : 200 cm

Panjang : 150 cm ( 2 pintu )

Tebal / dalam : 75 cm

Tebal plat : 1,8 mm – 2 mm

Warna : Grey RAL 7032

Cat : Powder Coating

Langkah perakitan dan instalasi :

1. Atur dan pasang dudukan Main Switch, MCCB , Magnetic contactor , dan kapasitor bank

2. Ukur dan setting dudukan untuk busbar utama

3. Ukur dan setting untuk busbar mains switch

4. Lubangi busbar dan cat sesuai dengan urutan RST

5. Lubangi dudukan plat untuk pasang Main switch ,MCCB,Kontaktor dan kapasitor

6. Lubangi pintu panel sesuai gambar rencana untuk Modul regulator ,pilot lamp, push button

dan selector auto manual.

7. Pasang semua komponen pada tempatnya sesuai gambar

8. Instalasi Kabel Power dari Busbar , MCCB, Magnetic contactor sampai Kapasitor

bank.gunakan sleve kabel untuk menandai phasenya.

9. Instalasi kabel kontrol, dianjurkan menggunakan kabel merah warna standar untuk rangkaian

kontrol AC) kabel schoon merah untuk menandai Phase dan Kabel schoon biru untuk

menandai neutral. Untuk RST menggunakan kabel shoon merah,kuning , biru

10. Instalasi kabel kontrol menggunakan marking kabel untuk kemudahan identifikasi dan

pemeliharaan.

Langkah langkah Test Commisioning Panel Kapasitor

1. Tarik kabel Power utama NYY 3 x 1 x 300 mm dari main switch dipanel kapasitor sampai

breaker outgoing / busbar panel MDP.

2. Tarik dan instalasi kabel Neutral NYAF 6 mm

3. Tarik kabel grounding dengan ukuran minimal BC 50 mm

4. Tarik kabel instalasi kontrol Current transformer dengan menggunakan kabel NYM 2 x 4

mm , jika jarak antara panel kapasitor dengan panel MDP lebih dari 10 meter maka kabel

kontrol Current transformer diperbesar menjadi NYM 2 x 6 mm.

5. Cek ulang penyambungan kabel power dan kabel CT pastikan sudah sesuai urutan dan

polaritasnya.

6. Cek dengan ohmmeter antara busbar dengan busbar, dan antara busbar dengan body atau

grounding.

7. Semua switch baik main switch , MCCB , mcb kontrol dan selector switch dalam keadaan

off.

8. Masukkan tegangan power ke panel Kapasitor. Catat tegangan kerja dan amati.

9. Masukkan main switch diikuti oleh mccb step by step.

10. Naikkan MCB control untuk mengoperasikan modul regulator.

11. Setting C / K regulator dengan rumus :

Ampere step pertama 16 ampere

C/K = ------------------------------- = --------------- = 0,13

Ratio CT arus 600/5

12. Setting power factor target pada cos phi 0,96

13. Setting program step utama pada : 1:2:3:4:4:4

14. Setting program stepping capasitor Normal / circular

15. Setelah selesai baca parameter power factor saat itu. Biasanya menunjukkan antara paling

rendah 0,65 sampai 0,85. Jika terbaca dibawah 0,5 dimungkinkan terjadi salah koneksi kabel

sensor ke regulator / salah fase

16. Selektor dipindah diposisi manual. Pada posisi manual ini semua perintah kontaktor

dioperasikan dari push button.

17. Tekan push button satu persatu bergantian. Cek ampere masing masing phase dari

kapasitor .Idealnya seimbang jika terjadi ketidak seimbangan terlalu jauh . Terjadi kerusakan

pada kapasitor ,bisa juga terjdi pada kontaktor hingga tidak kontak.

18. Baca dan amati besaran ampere yang mengalir apakah sudah sesuai dengan rating ampere

yang tertera dalam kapasitas kapasitor.

19. Setelah semua steps diperiksa dan tidak ada kelainan berarti, maka selector dipindah ke

posisi auto.

20. Dalam keadaan auto ini steps steps kapasitor akan masuk dengan sendirinya menyesuiakan

besaran kvar yang dibutuhkan.

21. Amati perubahan pada tampilan cosphi meter minimal hasil akhir sesuai dengan target atau

mendekati dari target.

22. Test thermostat dengan memanasinya pakai korek api, beberapa saat setelah thermal setting

terlampaui maka exhaust fan harus bekerja.

23. Test commissioning telah selesai.

Bagaimanakah system operasional panel kapasitor bisa bekerja secara otomatis ?

Hal tersebut dapat diterangkan sebagai berikut :

- Dalam modul Reactive Power Regulator mempunyai input CT dan input tegangan, sehingga

bisa terbaca arus, tegangan , power factor, KVA, KW dan KVAR,parameter ini tidak selalu

ditampilkan dalam layar akan tetapi selalu terbaca dalam proses internal modul Dan parameter

Kvar ini yang dipakai sebagai acuan berapa steps dan berapa Kvar yang masuk kesistem agar

power factor mencapai target. Waktu tunda dan model rotasi dari steps by stepas dapat diatur

sesuai dengan yang diinginkan.

- Jika pada saat beban awal mempunyai power factor yang rendah dengan beban rendah maka

yang terhitung dalam modul regulator bukan berapa ampere beban atau berapa power factor

beban melainkan berapa kvar yang diperlukan untuk mencapai nilai target power factor. Maka

kapasitor tidak akan masuk bila nilai kvar yang dibutuhkan dibawah nilai minimum Kvar yang

tersedia.

- Jika pada suatu saat beban bertambah besar dimana beban ini mengandung beban induktif

antara lain lampu mercury, Motor motor listrik, AC dll. Maka dalam modul akan mendeteksi

Kva menjadi lebih besar maka steps step kontaktor akan masuk memberikan masukan daya

reaktif yang dibutuhkan . Karena Kapasitor mempunyai sifat kapasitif sebagai penyeimbang sifat

induktif maka power factor dari beban sudah diperbaiki mendekati power factor target.

- Demikian juga sebaliknya jika beban berkurang maka nilai kvar yang disupply kapasitor

menjadi berlebihan, hal ini segera dideteksi oleh modul regulator dan segera mengurangi

pasokan beban kapasitif , sehingga power factor kembali normal mendekati target.

Contoh perhitungan :

Berapakah nilai Kvar yang dibutuhkan agar power factor dapat mencapai cos phi =1 dan

berapakah nilai cosphi total bila terdapat beban beban sebagai berikut :

- 1 buah motor exhaust fan dengan Daya input : 10 kw cos phi 0,8 = 12,5 Kva

- 10 buah lampu mercury dengan daya input total 5 kw cos phi 0,5 = 10 Kva

- 5 buah motor compressor dengan daya input total 7 kw cos phi 0,7= 10 Kva

Dengan menggunakan rumus

Kva = Kw + Kvar

Kvar = Kva - kw

Kvar = 32,5 Kva - 22 Kw= 7,56 Kvar