Faktor Daya pada Beban Dalam SIstem Tenaga Listrik

1. Faktor Daya
Simon Patabang, MT.
http://spatabang.blogspot.com
Fakultas Teknik
Jurusan Teknik Elektro
Universitas Atma Jaya Makassar

2. Pendahuluan
• Impedansi (Z) merupakan beban dalam
rangkaian Listrik sumber AC.
• Impedansi terdiri dari 2
komponen resistansi (R) dan reaktansi X
• Komponen reaktansi terdiri dari reaktansi
induktansi (XL) dan reaktansi kapasitif (XC).
• Komponen-komponen tersebut menyebabkan
terjadi pergeseran sudut fasa antara tegangan
dan arus.

3. Pergeseran Fasa
• Pergeseran fasa f adalah sudut
yang terbentuk dari hasil pen-
jumlahan vektor antara kompo-
nen Resistansi dan Reaktansi
seperti gambar.
• Besarnya sudut fasa dapat
dihitung dengan persamaan
trigonometri.
2 2
cos , sin ,tan
Z R X
R X X
Z Z R
f f f
 
  
1
1
1
cos
sin
tan
R
Z
X
Z
X
R
f
f
f



 
  
 
 
  
 
 
  
 

4. • Faktor daya adalah nilai kosinus dari sudut
pergeseran fasa. Nilai faktor daya berkisar 0,0
sampai 1,0.
Faktor Daya
• Contoh nilai faktor daya dari peralatan listrik:
1. Mesin las : 0,3 sampai 0,5.
2. Lampu TL : 0,5 sampai 0,7.
3. Motor listrik : 0,8 sampai 0,9.
4. Lampu pijar : 1,0.

5. Jenis Faktor Daya
1. Faktor Daya Unity
• Adalah keadaan dimana arus listrik beban yang
mengalir sefasa dengan tegangan beban.
• Sudut fasanya 0⁰, jadi tidak terjadi pergeseran
fasa (Cos φ = 1).
• Faktor daya unity akan terjadi apabila beban
bersifat resistansi murni.

6. Fasor Faktor Daya Unity
• Ketika generator mensuplai beban resistif murni
(faktor daya nol) maka total tegangan EA berbeda
dari tegangan terminal beban Vϕ karena adanya
tegangan jatuh resistif dan induktif.
• Semua tegangan direferensikan
terhadap Vϕ yang diasumsikan bersudut 0o
.

7. Faktor Daya Leading
• Adalah keadaan dimana arus beban yang
mengalir mendahului tegangan beban.
• Faktor daya leading disebabkan oleh beban
kapasitansi yang memiliki nilai reaktansi
kapasitif (XC).

8. Fasor Faktor Daya Leading
• Faktor daya leading membutuhkan tegangan
induksi EA yang lebih kecil daripada beban lagging.
• Oleh karena itu, beban lagging membutuhkan arus
yang lebih besar untuk mendapatkan tegangan
terminal yang sama dengan beban leading.
• Untuk arus beban yang sama, tegangan terminal
untuk beban lagging lebih kecil daripada
beban leading.

9. Faktor Daya Lagging (Tertinggal)
• Adalah keadaan dimana arus listrik pada
beban tertinggal (lagging) terhadap tegangan
sumbernya.
• Faktor daya lagging disebabkan oleh beban
induktansi yang memiliki nilai reaktansi
induktif (XL).

10. Fasor Faktor Daya Lagging
• Faktor daya lagging membutuhkan tegangan
induksi EA yang lebih besar daripada beban leading.
• Oleh karena itu, beban lagging membutuhkan arus yang
lebih besar untuk mendapatkan tegangan terminal yang
sama dengan beban leading.
• Untuk arus beban yang sama, tegangan terminal untuk
beban lagging lebih kecil daripada beban leading.

11. Segitiga Daya
Q (KVAR) = S (KVA) sin θ
P (KW) = S (KVA) cos θ
S² = P² + Q²
Hubungan ketifa daya dalam sistem tenaga listrik
dinyatakan dengan segitiga daya.

12. • Ilustrasi segitiga menjelaskan bahwa Rasio
antara P dengan S tidak lain adalah nilai cosinus
dari sudut .
• Apabila kita berusaha untuk membuat
sudut semakin kecil maka S akan semakin
mendekat ke P artinya besarnya P akan
mendekati besarnya S.
• Pada kasus ekstrim dimana f = 0⁰, maka S =
P artinya semua daya KVA yang diberikan
sumber dapat dimanfaatkan sebagai daya aktif
P.
• Sebaliknya jika f = 90⁰ maka S = Q artinya
semua daya KVA yang diberikan sumber tidak
dapat kita manfaatkan dan menjadi daya reaktif
di jaringan saja.

13. • Dari segitiga daya dapat diketahui bahwa
besarnya sudut fasa ditentukan oleh besarnya
daya P , Q, dan S.
• Jika daya P tetap dan Q makin besar, maka
sudut fasanya akan semakin besar.
• Jika sudut fasa makin besar, maka nilai cos f
makin kecil. Artinya faktor daya makin turun.
• Sebaliknya jika Daya Q semakin kecil (turun)
maka nilai faktor daya semakin besar.

14. Keterangan :
Cos φ = Faktor Daya
P = Daya aktif (W)
S = Daya semu (VA)
Keterangan :
Sin φ = Faktor reaktif
Q = Reaktif induksi (VAR)
S = Daya semu (VA)
Persamaan faktor daya dan faktor reaktif :

15. Contoh
11 buah lampu TL 36 W dirangkai secara seri pada
sumber tegangan bolak-balik. Jika diketahui total
daya semu pada rangkaian lampu tersebut
adalah 792 VA. Berapakah nilai faktor daya nya?
• Diketahui : P = 36 W x 11 = 396 W
S = 792 VA
Ditanya : cos φ = ?

16. 2. Jika suatu alat listrik memiliki daya reaktif 120
VAR, dan daya semu sebesar 200 VA. Berapakah
faktor reaktif nya?
Diketahui : Q = 120 VAR
S = 200 VA
Ditanya : sin φ = ?
Jawaban :

17. Jawaban :

18. Perbaikan Faktor Daya
• Dari gambar segitiga telah memperlihatkan
hubungan antara daya P dan daya Q.
• Jika daya QL makin besar berarti beban induktif XL
makin besar (bertambah).
• Beban induktif XL berasal dari industri yang
menggunakan mesin-mesin listrik seperti las, bubut,
peleburan biji besi, dll
• Ketika Daya QL makin besar maka akan
mempengaruhi turunnya faktor daya.

19. Ketika daya QL makin besar maka daya S1 dan sudut
fasa f1 makin besar. Jika sudut fasa makin besar,
maka faktor daya semakin turun.

20. • Turunnya faktor daya dapat diperbaiki dengan
memasang kapasitor daya.
• Kapasitor daya akan membangkitkan daya
kapasitif QC ke jaringan sehingga dapat
mengkompensasi (mengurangi) kenaikan daya QL
dari beban.
• Daya reaktif beban akan berkurang menjadi Q =
QL – QC.
• Dengan demikian daya nyata S1 akan turun
menjadi S2 dan sudut fasa akan turun f2. Berarti
faktor daya akan menjadi semakin baik

21. Manfaat Perbaikan Faktor Daya
• Dengan pemasangan kapasitor akan mengurangi
daya reaktif yang mengalir pada jaringan, sehingga
dengan daya nyata P yang sama, maka faktor daya
akan lebih besar dan kVA akan berkurang.
• Aplikasi dari kapasitor shunt pada jaringan distribusi
primer radial memberikan keuntungan secara
ekonomis baik dari segi kegunaan maupun
pelayanan.
• Secara umum salah satu keuntungan dari
pemasangan kapasitor adalah penurunan daya kVA
pada gardu induk

22. Hubungan Tegangan dan Daya Reaktif
• Jatuh tegangan dalam penghantar sebanding dengan
daya reaktif yang mengalir dalam penghantar
tersebut. Q = C. V
• Berdasarkan hubungan ini maka tegangan dapat
diperbaiki dengan mengatur aliran daya reaktif.
• Daya reaktif adalah daya yang hilang, atau rugi-rugi
daya sehingga semakin besar sudutnya atau semakin
kecil faktor dayanya maka rugi-ruginya semakin
besar.

23. • 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.

24. Manfaat penggunaan kapasitor paralel adalah :
• Mengurangi kerugian.
• Memperbaiki kondisi tegangan.
• Mempertinggi kapasitas pembebanan jaringan.

25. Keuntungan :
1. Arus I berkurang dan karenanya kerugian I²R
berkurang .
2. % Kenaikan tegangan

26. 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 KVA
nya. Jadi jaringan mampu mensuplai permintaan yang
lebih tinggi.

27. Biaya kVArh oleh PLN
PLN membebankan biaya kelebihan pemakaian kVArh
kepada pelanggan industri pada golongan tarif tertentu
apabila:
1. Faktor Daya (Cos phi) pada pelanggan kurang dari
0,85
2. Pemakaian kVArh total > 0.62 x pemakaian kWh
total
KVArh = kVArh terpakai - ( 0.62 x kWh total terpakai )

28. Solusi yang harus dilakukan untuk penghematan energi
listrik adalah dengan memperbaiki Faktor 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 seluruh beban (210kW) ?

29. Jawab :
P = S cos  atau S = P / cos 
S = 210kW/ 0.6 = 350kVA
Jadi pada faktor daya 0,6, beban 210 KW
membutuhkan daya sebesar 350 KVA. Berarti, 3
generator harus dijalankan.
Solusi :
Faktor daya ditingkatkan menjadi 0.95 maka daya
yang dibutuhkan untuk melayani seluruh beban
menjadi :
S = 210kW/ 0.95 = 221kVA

30. Pada faktor daya 0,95, beban 210 KW membutuhkan
daya sebesar 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 dijalankan secara
bergantian sehingga memperpanjang umur genset.

31. 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)
Ketika bebannya akan ditambah 100kW, Hitunglah
komsumsi daya yang diperlukan dan bagaimana cara
mengatasinya kekurangan daya!

32. Jawab :
S = 410kW / 0.65 = 631kVA
Daya yang tersedia (500kVA) tidak mencukupi lagi untuk
menanggung beban sebesar 631kVA.
Cara mengatasi kekurangan daya adalah dengan
memperbaiki faktor daya misalnya menjadi 0.95, maka:
S = 410kW / 0.95 = 432kVA
Dengan demikian beban 410 KW dapat dipenuhi oleh
generator dengan kapasitas 500 KVA.

33. Dari perhitungan pada kasus ini dapat diambil
kesimpulan bahwa:
Sebelum dilakukan penambahan beban 100 kW,
dengan ditingkatkannya Cos phi dari 0.65 menjadi 0.95
dapat dihemat daya sbb:
S = 310 KW/0,95 = 326 KVA
Penghematan daya adalah :
477kVA – 326kVA = 151kVA

34. Sekian