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


)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


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


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*=

==


efesiensi daya

Documents