Penggunaan Kapasitor Bank

Simon Patabang, ST., MT.

Fakultas Teknik

Jurusan Teknik Elektro

Universitas Atma Jaya Makassar

Pendahuluan

Dalam sistem distribusi tenaga listrik, pokok

permasalahan tegangan muncul karena konsumen

memakai peralatan dengan tegangan yang besarnya

sudah ditentukan. Misalnya 220 volt, 380 volt.

Jika tegangan sistem terlalu tinggi/rendah sehingga

melewati batas-batas toleransi maka akan mengganggumelewati batas-batas toleransi maka akan mengganggu

dan bisa merusak peralatan konsumen.

Beban sistem bervariasi dan besarnya berubah-ubah

sepanjang waktu. Bila beban meningkat maka tegangan

diujung penerima menurun dan sebaliknya bila beban

berkurang maka tegangan di ujung penerima

baik/normal.

Faktor lain yang dapat mempengaruhi perubahan

tegangan sistem adalah rugi daya yang disebabkan oleh

adanya impedansi seri penghantar saluran, rugi daya ini

menyebabkan jatuh tegangan.

Oleh karena itu konsumen yang letaknya jauh dari titik

pelayanan akan cenderung menerima tegangan relatif

lebih rendah, dibandingkan tegangan yang diterima

konsumen yang letaknya dekat dengan pusat pelayanan.

Hubungan Tegangan dan Daya Reaktif

Perubahan tegangan pada dasarnya disebabkan oleh

adanya hubungan antara tegangan dan daya reaktif.

Hubungan ini dinyatakan dengan persamaan : Q = C. V

Jatuh tegangan dalam penghantar sebanding dengan

daya reaktif yang mengalir dalam penghantar tersebut.

Berdasarkan hubungan ini maka tegangan dapat

diperbaiki dengan mengatur aliran daya reaktif.

Daya Listrik terdapat satu hubungan yang dapat

ditunjukkan pada Gambar Segi Tiga daya sbb:

Perbandingan antara daya aktif dengan daya semu disebut

faktor daya (cos),

Faktor daya ini terjadi karena adanya pergeseran fasa yang

disebabkan oleh adanya beban induktif/kumparan dan

atau beban kapasitif.

Sudut merupakan sudut pergeseran fasa, semakin

besar sudutnya, semakin besar Daya Semu (S), dan

semakin besar pula Daya Reaktif (Q), sehingga faktor

dayanya (cos) semakin kecil.

Daya reaktif adalah daya yang hilang, atau daya rugi-rugi

sehingga semakin besar sudutnya atau semakin kecil

faktor dayanya maka rugi-ruginya semakin besar.faktor dayanya maka rugi-ruginya semakin besar.

( )cos

( )

P W att

S VA =

Cos disebut faktor daya beban

Pada saluran transmisi jarak jauh dengan tegangan

ekstra tinggi atau tegangan ultra tinggi

membutuhkan peralatan kompensasi.

Hal ini terutama dimaksudkan untuk mengontrol

tegangan kerja di setiap titik sepanjang saluran,

memperkecil panjang elektrik dari saluran dan untukmemperkecil panjang elektrik dari saluran dan untuk

menaikan kapasitas penyaluran.

Alat-alat kompensasi pada saluran transmisi adalah

reaktor shunt, kapasitor seri atau kombinasi dari

keduanya.

Kompensasi dengan reaktor shunt biasanya digunakan

pada saluran transmisi jarak menengah dan kompensasi

dengan kapasitor seri atau kombinasi reaktor shunt dan

kapasitor seri digunakan pada saluran yang lebih

panjang.

Derajat kompensasi pada kompensasi dengan kapasitor

seri adalah XC/XL, dimana XC adalah reaktansi kapasitif

dari kapasitor seri dan XL adalah reaktansi induktif total

dari saluran per fasa.

Peranan Kapasitor

Suatu kapasitor dinamakan bermuatan Q jika kedua

konduktornya diberi muatan Q yang sama namun

berbeda jenis (yaitu +Q dan Q).

Proses pengisian kapasitor dilakukan dengan

menghubungkan kapasitor tersebut dengan bedamenghubungkan kapasitor tersebut dengan beda

potensial. Muatan yang tersimpan dalam kapasitor

berbanding lurus dengan beda potensial yang

diberikan : Q V

Konstanta kesebandingan nya menyatakan kapasitas

(kapasitansi) kapasitor untuk menyimpan muatan.

Q = C.V

Besarnya energi atau beban listrik yang dipakaiditentukan oleh Reaktansi (R), Induktansi (L) danCapasitansi (C).

Besarnya pemakaian energi listrik itu disebabkankarena banyak dan beraneka ragam peralatan (beban)listrik yang digunakan.

Kapasitor pada sistem daya listrik menimbulkan dayareaktif untuk memperbaiki tegangan dan faktor daya,karenanya menambah sistem akan mengurangikerugian.

Dalam kapasitor seri daya reaktif sebanding dengan

kuadrat arus beban, sedangkan kapasitor paralel

sebanding dengan kuadrat tegangan.

Q = I2 X (VAR) Q = V2 / X

Untuk memperkecil sudut fasa () itu hal yang mungkin

dilakukan adalah memperkecil komponen daya reaktif

(kVAR).

Berarti komponen daya reaktif yang ada bersifat induktif

harus dikurangi dan pengurangan itu bisa dilakukan

dengan menambah suatu sumber daya reaktif yaitu

berupa kapasitor.berupa kapasitor.

Pemasangan peralatan kapasitor seri dan paralel pada

jaringan mengakibatkan losses akibat aliran daya reaktif

pada saluran dapat dikurangi sehingga kebutuhan arus

menurun dan tegangan mengalami kenaikan sehingga

kapasitas sistem bertambah.

Biaya pemasangan kapasitor seri jauh lebih mahal

daripada kapasitor paralel, dan biaya kapasitor seri

dirancang dengan kapasitas yang lebih besar dengan

tujuan untuk mengantisipasi perkembangan beban untuk

masa-masa yang akan datang.

Hal-hal tersebut menjadi alasan utama sehingga dalam

sistem yang dibahas banyak kapasitor paralel. Manfaat

penggunaan kapasitor paralel adalah :

Mengurangi kerugian.

Memperbaiki kondisi tegangan.

Mempertinggi kapasitas pembebanan jaringan.

Kapasitor paralel membangkitkan daya reaktif negatif Kapasitor paralel membangkitkan daya reaktif negatif

(panah bawah) dan beban membangkitkan daya reaktif

positif (panah keatas), jadi pengaruh dari kapasitor

adalah untuk mengurangi aliran daya reaktif di dalam

jaringan sehingga daya reaktif yang berasal dari sistem

menjadi :

Q2(total) = Q1 (beban) Qc dimana Qc adalah dayareaktif yang dibangkitkan oleh kapasitor paralel

Keuntungan :

1. Arus I berkurang dan karenanya kerugian IR berkurang

2. % Kenaikan tegangan

Qc = KVAR

X = Reaktansi jaringan (ohm)

V = Tegangan nominal (kV antar fasa)

3. Karena arus berkurang untuk suatu daya (kw) maka

jaringan, trafo dan sebagainya agak berkurang beban KVAjaringan, trafo dan sebagainya agak berkurang beban KVA

nya. Jadi jaringan mampu mensuplai permintaan yang

lebih tinggi.

Drop Tegangan

Drop tegangan pada sistem penyaluran transmisi sangatberpengaruh dari segi pelayanan kepada konsumen,karena tegangan yang terlalu rendah dari tegangantoleransi yang diizinkan dapat mengakibatkan kerusakanpada peralatan instalasi listrik, sehingga kinerjaperusahaan akan menjadi kurang baik.perusahaan akan menjadi kurang baik.

Semakin jauh jarak penghantar ( L ), antara pembangkitdengan Gardu Induk, maka semakin besar hambatanpenghantar ( R ), yang dapat dilihat pada rumus :

Sehingga apabila beban penyaluran tinggi, maka

induktansinya semakin besar dan terjadi rugi-rugi

tegangan dan oleh sebab itu diimbangi dengan kapasitor,

seperti pada rumus ini :

1

2cX

fC= ( )L CZ R j X X= +

2 fC

dimana :

V = Tegangan (Volt)

I = Arus (Ampere)

Z = Impedansi (Ohm)

V IZ=

Dari rumus diatas dapat disimpulkan bahwa dengan

menambah kapasitor (Xc), berarti menambah harga

impedansi (Z). Semakin besar impedansinya, maka

tegangan akan naik karena dalam hubungannya impedansi

(Z) berbanding lurus dengan tegangan (V)

Biaya kVArh oleh PLN

PLN membebankan biaya kelebihan pemakaian kVArhkepada pelanggan pada golongan tarif tertentu apabila:

1. Faktor Daya (Cos phi) pada instalasi pelanggan

2. Pemakaian kVArh total > 0.62 x pemakaian kWh total total

KVArh = kVArh terpakai - ( 0.62 x kWh total terpakai )

Solusi yang harus kita lakukan untuk dapat melakukanpenghematan energi listrik adalah dengan memperbaikiFaktor Daya (Cos phi) agar dicapai nilai Cos phi > 0.85.

Kasus 1 :

Suatu pabrik mempunyai sumber daya berupa 3 buah

generator masing-masing 150kVA yang diparalel sehingga

total daya dari 3 buah generator adalah:

3x150kVA = 450kVA

Jumlah bebannya adalah 210 kW. Setelah dicek faktor daya

bebannya adalah 0.6. Berapakah kebutuhan daya seluruhbebannya adalah 0.6. Berapakah kebutuhan daya seluruh

beban (210kW) ?

P = S cos atau S = P / cos

S = 210kW/ 0.6 = 350kVA

Pada faktor daya 0,6, beban 210 KW membutuhkan daya

sebesar 350 KVA. Berarti, 3 generator harus dijalankan.

Tetapi setelah Cos phi nya ditingkatkan menjadi 0.95 makadaya yang dibutuhkan untuk menjalankan seluruh bebanmenjadi hanya:

S = 210kW/ 0.95 = 221kVA,

Pada faktor daya 0,95, beban 210 KW membutuhkan dayasebesar 221 KVA. Berarti, 2 generator harus dijalankan.

Keuntungan yang diperoleh adalah:

1. Dapat dihemat pemakaian bahan bakar untuk 1 generator.

2. Pemakaian 3 generator dapat secara bergantiansehingga memperpanjang umur genset.

Kasus 2 :

Suatu pabrik dengan sumber daya generator 500kVA,

Jumlah beban 310kW, faktor daya 0.65 maka daya yang

diperlukan adalah:

S = 310kW / 0.65 = 477kVA (berarti generator hampir

overload)overload)

Ketika bebannya akan ditambah 100kW, Hitunglah