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 b eban 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 da ya 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 ) 11 Kvar = Kw ( ---------- -1 - ---------- - 1 ) Cosphi 1 cosphi 2
11 = 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 8 00 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 seca ra 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
