Download - Efesiensi Daya
EFISIENSI DAYA
1. Pendahuluan Dengan semakin tingginya biaya / tarif listrik, maka tuntutan efisiensi
dalam pemakaian daya listrik adalah menjadi pertimbangan utama. Efisiensi penggunaan
daya listrik dipengaruhi oleh banyak faktor. Diantaranya adalah sangat tergantung pada
kualitas daya listrik. Kualitas daya listrik sangat dipengaruhi oleh penggunaan jenis-jenis
beban tertentu yang mengakibatkan turunnya efiensi. Jenis-jenis beban yang
mempengaruhi kualitas daya listrik adalah beban-beban induktif, seperti; motor induksi,
kumapran (coil), ballast, lampu TL. Demikian juga beban-beban non linier seperti;
konverter dan inverter untuk drive motor, mesin las, furnace, komputer, ac, tv, lampu TL
dan lain-lain. Baban-beban induktif akan menurunkan faktor daya sehingga dapat
menyebabkan denda apabila faktor daya kurang dari 0.85 lag, sedangkan beban-beban
non linier tersebut menimbulkan harmonisa yang dampaknya akan mempengaruhi
kualitas daya, sehingga menimbulkan kerugian kerugian. . Kerugian yang disebabkan
oleh harmonisa umumnya adalah berupa;
Panasnya mesin-mesin listrik karena rugi histerisis dan arus eddy meningkat
Turunnya torsi motor yang diakibatkan oleh harmonisa urutan negatif
Kegagalan fungsi relay (kadang-kadang trip sendiri) sehingga mengganggu
kontinuitas produksi
Terjadinya resonansi antara kapasitor bank dan generator/trafo yang dapat
menyebabkan gangguan-gangguan pada sistem.
Turunnya efisiensi sehingga menyebabkan rugi daya.
Kesalahan pembacaan pada meter-meter listrik konvensional seperti kwh meter (tidak
berbasis thrue RMS)
Panasnya trafo sehingga menurunkan efiensi maupun bisa menyebabkan terbakarnya
trafo.
Panasnya kabel/kawat netral akibat harmonisa urutan nol sehingga mengganggu
sistem instalasi
Dll.
Sedangkan gangguan lain adalah gangguan yang disebabkan karena adanya fluktuasi
pemakaian beban, terutama untuk beban-beban yang bersifat on/off seperti crane,
furnace, pompa, welding dll. Gangguan ini dapat mengakibatkan kerusakan-kerusakan
antara lain adalah;
Kerusakan pada sistem instalasi,
Terganggunya peralatan lain,
Terputusnya suplai daya,
Lepas sinkron,
Kerusakan pada primemover generator, terutama Diesel genset dengan pembebanan
sampai 80%,
Sehingga pada akhirnya akan memperpendek usia pemakaian, seringnya maintenance
dan akan memakan biaya pemeliharaan yang cukup besar.
Untuk mendapatkan kualitas tenaga listrik yang baik, maka perlu dilakukan
langkah-langkah perbaikan kualitas daya.
2. Perbaikan Faktor Daya
Aplikasi dari perbaikan factor daya adalah koreksi faktor daya adalah kompensasi
pemakaian daya reaktif kVAR pada pelanggan. Jika rata-rata faktor dayanya (cosϕ)
kurang dari 0,85, maka untuk memperbaiki faktor daya sehingga tidak membayar denda,
adalah aplikasi dari kapasitor bank.
Selain itu, pemasangan kapasitor bank dapat menghindari:
o Trafo kelebihan beban (overloaded), sehingga memberikan tambahan daya yang
tersedia.
o Voltage drop pada line ends
o Kenaikan arus/suhu pada kabel, sehingga mengurangi rugi-rugi
Sehingga pada akhirnya dapat meningkatkan efisiensi.
Untuk pemasangan kapasitor bank diperlukan:
o Kapasitor, dengan jenis yang cocok dengan kondisi jaringan
o Regulator, untuk pengaturan daya tumpuk kapasitor(kapaitor bank) otomatis
o Kontaktor, untuk switching kapasitor. P=√
o Pemutus tenaga, untuk proteksi tumpuk kapasitor
Jenis-jenis daya dalam system tenaga listrik dibagi menjadi tiga bagian yaitu;
1. Daya aktif (kW), yaitu daya yang dipakai untuk menghasilkan tenaga putaran motor,
nyala lampu, panas dll. P=√3 VL IL cosφ 2. Daya reaktif (kVAR), yaitu daya yang dipakai untuk magnetisasi, daya pada
kumparan-kumparan. Q=√3 VL IL sinφ
3. Daya nyata (kVA), yaitu daya total yang diserap, merupakan jumlahan dari daya aktif
dan daya reaktif. Daya nyata sering dipakai untuk menyatakan kapasitas dari
peralatan pembangkit seperti trafo, generator. S=√3 VL IL Untuk menggambarkan perbedaan ketiga daya tersebut seperti ditunjukkan pada fasor
diagram pada gembar 2.
Daya aktif (kW)
Daya reaktif (kVAR)
Daya nyata (kVA)
Gambar 1 Diagram faktor daya
Dari gambar 1 diatas tampak bahwa konsumsi daya aktif menjadi lebih kecil dari daya
nyata akibat adanya pemakaian daya reaktif oleh beban-beban yang bersifat induktif.
Untuk mengatasi pemakaian daya reaktif maka diperlukan kapasitor bank sehingga
dengan tidak adanya pemakaian daya reaktif oleh beban karena sudah disuplai oleh
kapasitor bank maka pemakaian daya nyata menjadi lebih kecil, maka;
♦ Denda kVAR hilang
♦ Konsumsi daya nyata turun
♦ Pada akhirnya dapat menurunkan konsumsi energi listrik dan menghemat pemkaian
daya listrik, serta dapat memperbaiki kualitas tegangan.
Berikut ini adalah ilustrasi dari penggunaan kapasitor untuk mensuplai kebutuhan daya
reaktif oleh beban sehingga daya reaktif tidak ditarik dari PLN dan pada akhirnya dapat
meningkatkan kualitas daya.
M1 M2 Mn
Daya reaktif Daya aktif
Sebelum kompensasi: energi reaktif seluruhnya disuplai oleh trafo
Gambar 2 Suplai daya nyata sebelum adanya kompensasi kapasitor.
Gambar. Supali daya nyata setelah adanya kompensasi kapasitor.
M1 M2 Mn
Daya reaktif
Daya aktif
Sesudah kompensasi: energi reaktif sebagian/seluruhnya disuplai oleh capasitor bank
Capacitor bank
Penghematan daya
Gambar 3 Suplai daya nyata setelah adanya kompensasi kapasitor.
3. Cara Menentukan Daya Reaktif Ada tiga cara termudah untuk menentukan daya reaktif(Qc):
1. Metode Sederhana
Metode ini digunakan agar dengan cepat bisa menentukan Qc. Angka yang harus
diingat: 0,84 untuk setiap kW beban. Yaitu diambil dari:
Perkiraan rata-rata faktor daya suatu instalasi : 0,65
Faktor daya yang diinginkan : 0,95
Maka dari tabel cos ϕ didapat angka : 0,84
Contoh:
Untuk menghindari denda PLN suatu instalasi dengan beban 100kW memerlukan
daya reaktif(Qc) sebesar = 0,84x100kW = 84kVAR
2. Methoda kwitansi PLN
Methoda ini memerlukan data kwitansi dari PLN selama satu periode (misalnya
1tahun). Kemudian data penghitungan diambil dari pembayaran denda kVARH yang
tertinggi. Data lain yang diperlukan adalah jumlah waktu pemakaian.
Contoh:
Suatu pabrik yang beroperasi 8 jam/hari, membayar denda pemakaian kVARH
tertinggi pada tahun yang lalu untuk 63504 kVARH. Maka diperlukan capasitor bank
dengan daya:
kVARbulanharijamx
kVARHaianwaktupemaknggikVARHtertiQC 265
/30863504
===
3. Methoda Cos ϕ
Methoda ini menggunakan tabel cos ϕ. Data yang diperlukan adalah: Daya Beban
Total dan Faktor Daya(cos ϕ).
Contoh:
Sebuah instalasi pabrik memiliki faktor daya :0,70 untuk beban puncak 600kW.
Untuk meningkatkan faktor daya menjadi 0.93 diperlukan daya kapasitor sebesar:
Dari tabel didapat angka: 0,62
Maka daya reaktif yang diperlukan= 0.62x600 kW= 372kVAR
Jika tidak memiliki data untuk daya beban, dapat juga dihitung menggunakan rumus:
Daya Beban = Vx I cos ϕ x 3, dengan:
V = Tegangan jaringan/instalasi
I = Arus jaringan/instalasi
Cos ϕ = faktor daya jaringan/instalasi
Praktek 9
PERENCANAAN KAPASITOR BANK
S LOAD
P LOAD
Q LOAD
S DES
Q CAP
Q DESθ
Q LOAD = Daya reatif beban Q DES = Daya rearif suplai setelah diberi capasitor P LOAD = Daya aktif beban Kompensasi suplai daya reaktif oleh kapasitor bank adalah:
)1(LLLLLLLLLLLLLLLDESLOADCAP QQQ −= Daya reaktif
)2(LLLLLLLLLLLLLLLLLLOAD
LOADLOAD PF
PS =
)3(LLLLLLLLLLLLLLLLLLDES
LOADDES PF
PS =
Dari segitiga daya dapat diperoleh hubungan sebagai berikut :
)4()( 22 LLLLLLLLLLLLLLLLLLOADACTLOAD PSQ −=
)5()( 22 LLLLLLLLLLLLLLLLLLLOADDESDES PSQ −= Sutitusi persamaan 2 ke 4 dan persamaan 3 ke 5 menghasilkan persamaan :
)6(22
LLLLLLLLLLLLLLL⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡−⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛= LOAD
ACT
LOADLOAD P
PFP
Q
By Indhana dan Yahya 25/7/2005
Praktek 9
By Indhana dan Yahya 25/7/2005
)7(22
LLLLLLLLLLLLLLL⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡−⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛= LOAD
DES
LOADDES P
PFP
Q
Subtitusi persamaan 6 dan 7 ke 1 maka diperoleh persamaan :
( ) ( ))8(1111
2/1
2
2/1
2
22
22
LLLLL⎥⎥
⎦
⎤
⎢⎢
⎣
⎡
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−−⎟
⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−=
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡−⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡−⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
DESLOADLOAD
LOADLOAD
LOADLOAD
LOAD
LOADCAP
PFPFP
PPFP
PPFP
Q
Persamaan 8 diatas merupakan persamaan kompensasi suplai daya reaktif oleh kapasitor bank untuk perbaikan power factor. Contoh Kasus 1
Linear Load
5 MVA Irms = 100A
20kV
6kV
15MVA Z=4%
Non Linear Load
Gambar 1. Sistem distribusi di Industri
Power Faktor pada sisi sekuder tranformator seperti pada Gambar 1. diketahui 0,4
(a) Hitunglah nilai kapasitor bank yang diperlukan power factor berubah menjadi 0,95
Praktek 9
Untuk power factor = 0,4 beban di sisi sekunder tranformator adalah
kwMVA
PFIsIsIVPFMVAPtotal
375.2)4,01009010060003()4,05(
)13()(
=××××+×=
××××+×=
Displacement Power Factor θcos1×=
IsIsDPF
Contoh Kasus 1
Sebuah jaringan dengan data-data sebagai berikut:
Motor Induksi 220 kW
Jala-jala 440V, 3 phase, 50 Hz, delta
Power factor
PF awal (Cos φ1) 0.7
PF yang diinginkan (Cos φ2) 0.9
Perhitungan Perencanaan Kapasitor bank:
Perbaikan Power Faktor yang diinginkan 0.9 maka:
PF awal (Cos φ1) = 0.7 tan φ1 = 1.02
PF yang diinginkan (Cos φ2) = 0.9 tan φ2 = 0.48
Jadi daya reaktif yang diperlukan adalah:
kVar
PQc
8.118)48.002.1(1000*220
)tan(tan 21
=−=
−= ϕϕ
By Indhana dan Yahya 25/7/2005
Praktek 9
220 kW cos φ=0.7
Capasitor 118.8kVar
440V/50Hz
M
Untuk hubungan bintang maka:
VV
V LLc 254
3440
3===
Kapasitas kapasitor adalah:
fV
QcV
QCLLLL
cangb *2*)*)( 22int πω
==
phaseFCstar /195450*2*)440(
1000*8.1182 μ
π==
Kapasitor total adalah:
FCtotal μ58621954*3 ==
Fμ1954
By Indhana dan Yahya 25/7/2005 pasitor Hubungan BintanKa g
Fμ1954
Fμ1954
LLV
Praktek 9
Untuk hubungan Delta maka:
VVV LLc 440== Kapasitas kapasitor adalah:
fV
QcV
QC
LLLL
cdelta *2*)(*3*)(*3 22 πω
==
phaseFCdelta /65150*2*)440(*3
1000*8.1182 μ
π==
Kapasitor total adalah: FCtotal μ1954651*3 ==
Fμ651 Fμ651
Fμ651
LLV
Kapasitor Hubungan Delta
Contoh Kasus 2
Suatu Jaringan dengan beban P= 100kW
Power factor
PF riil (Cos φ1) 0.75
PF yang diinginkan (Cos φ2) 0.93
Perhitungan Perencanaan Kapasitor bank:
Perbaikan Power Faktor yang diinginkan 0.9 maka:
PF awal (Cos φ1) = 0.75 tan φ1 = 0.88
PF yang diinginkan (Cos φ2) = 0.93 tan φ2 = 0.4
By Indhana dan Yahya 25/7/2005
Praktek 9
Jadi daya reaktif yang diperlukan adalah:
kVar
PQc
48)4.088.0(1000*100
)tan(tan 21
=−=
−= ϕϕ
Kompensator umumnya merekomendasikan paling kecil 50 kVar. Jika mengunakan tabel maka dapat kita lihat factor pengali F=0.52 Sehingga Daya Reaktif yang diperlukan adalah:
kVar
FPQc52
52.0*1000*100*=
==
By Indhana dan Yahya 25/7/2005