Dokumen tersebut membahas tentang audit energi listrik, karakteristik beban listrik, dan faktor daya. Secara ringkas, dokumen menjelaskan bahwa terdapat beberapa sektor penggunaan listrik yang memiliki karakteristik berbeda, serta mendefinisikan faktor daya dan cara meningkatkannya dengan menggunakan kapasitor bank.
3. Secara umum beban yang dilayani oleh sistem distribusi
elektrik ini dibagi dalam beberapa sektor beban yaitu sektor
perumahan, sektor industri, sektor komersial dan sektor usaha.
Masing-masing sektor beban tersebut mempunyai
karakteristik-karakteristik yang berbeda, sebab hal ini
berkaitan dengan pola konsumsi energi pada masing-masing
konsumen di sektor tersebut.
Karakteristik Beban Tenaga Listrik
Karakteristik beban yang banyak disebut dengan pola
pembebanan pada sektor perumahan ditunjukkan oleh adanya
fluktuasi konsumsi energi elektrik yang cukup besar. Hal ini
disebabkan konsumsi energi elektrik tersebut dominan pada
malam hari. Sedang pada sektor industri fluktuasi konsumsi
energi sepanjang hari akan hampir sama, sehingga
perbandingan beban puncak terhadap beban rata-rata hampir
mendekati satu.
4. Beban pada sektor komersial dan usaha mempunyai
karakteristik yang hampir sama, hanya pada sektor komersial
akan mempunyai beban puncak yang lebih tinggi pada malam
hari.
Jenis Beban
Daya yang diserap oleh suatu beban ditentukan sifat
bebannya.
Sifat Beban ada tiga yaitu :
● Beban resistif yaitu beban yang hanya menyerap daya aktif
saja. (lampu pijar)
● Beban induktif yaitu beban yang biasanya menyerap daya
aktif dan daya reaktif (induktif). (motor induksi, trafo,
ballast)
5. ● Beban kapasitif yaitu beban yang biasanya menyerap daya
aktif dan daya reaktif (kapasitif). (mesin sinkron,
kapasitor)
Kapasitas Daya Terpasang
● Kapasitas daya terpasang harus sesuai dengan kebutuhan
daya untuk mencatu segala macam beban.
● Kapasitas daya terpasang harus lebih besar dibandingkan
dengan kebutuhan beban.
● Namun kapasitas daya terpasang yang berlebihan akan
menimbulkan biaya beban yang tinggi.
6.
7. Faktor kebutuhan (demand factor)
Perbandingan antara kebutuhan beban maksimum
aktual terhadap beban terpasang. Ini digunakan untuk
menghitung beban terpasang total yang harus
ditanggung oleh sumber pada waktu yang sama.
Nilai faktor kebutuhan lebih kecil dari 1
Beban terpasang
Jumlah daya dari beberapa unit beban berdasarkan
name-plate dari peralatan/mesin tersebut.
8. Faktor beban (Load factor)
Perbandingan antara beban rata-rata dan beban puncak
dalam suatu periode waktu tertentu.
Menggambarkan fluktuasi beban.
Nilai faktor beban secara empiris, yaitu:
Beban
Beban
Beban
perumahan: 0,1 – 0,3
bangunan komersial: 0,25 – 0,3
industri: 0,7 – 0,9.
Jika faktor beban semakin jauh dari angka
1 berarti tingkat fluktuasi beban yang tinggi
9. Biaya Produksi Daya Listrik
Biaya produksi daya listrik dapat dibagi atas dua jenis yaitu,
biaya tetap dan biaya operasi.
Biaya Tetap, tergantung investasi pembangunan untuk
pembangkitan, penyaluran dan pendistribusian energi listrik
Biaya kapasitas daya terpasang yang dihitung berdasarkan
jumlah daya VA atau KVA.
Biaya operasi, biaya operasi yaitu semua biaya pemakaian
daya /energi listrik dalam kWh.
10. Biaya tetap dibayar setiap bulan melalui biaya kapasitas daya
terpasang tanpa memperhatikan daya tersebut dipakai atau
tidak.
Biaya operasi dibayar sesuai dengan pemakaian energi listrik
yang ditunjukkan oleh alat ukur.
● kWh meter untuk daya aktif.
● kVARh meter untuk daya reaktif yang faktor dayanya
dibawah 0,85
11. KUALITAS DAYA LISTRIK
Listrik yang berkualitas adalah listrik yang mempunyai
tegangan dan frekuensi yang konstan sesuai dengan nilai
nominalnya. Dalam kisaran yang ditentukan, frekuensi yang
stabil dan sangat dekat dengan nilai nominalnya (dalam
sepersekian persen) (Von Meier Alexander, 2006).
Permasalahan yang sering terjadi pada kualitas daya listrik
(power quality) yaitu permasalahan daya listrik yang
mengalami penyimpangan baik tegangan, arus, dan
frekuensi sehingga menimbulkan kegagalan atau kesalahan
operasi pada peralatan.
12. Kualitas daya banyak dipengaruhi antara oleh jenis beban
yang tidak linear, ketidak seimbangan pembebanan, distorsi
gelombang harmonik yang melebihi standart dan lain- lain.
Penurunan kulaitas daya dapat menyebabkan peningkatan
rugi-rugi pada sisi beban, bahkan menyebabkan penurunan
kapasitas daya pada sumber pembangkit (generator).
Jenis-jenisbeban yang mempengaruhi kualitas daya listrik
adalah beban-beban induktif, seperti; motor induksi,
kumparan, 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.
13. 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.
14. Permasalahan yang sering terjadi pada kualitas daya listrik
(power quality) yaitu permasalahan daya listrik yang
mengalami penyimpangan baik tegangan, arus, dan
frekuensi sehingga menimbulkan kegagalan atau kesalahan
operasi pada peralatan.
Adapun parameter yang mempengaruhi kualitas daya listrik
yaitu :
- 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.
15. Segitiga Daya
Pada istilah segitiga daya dikenal :
- Daya semu : S = √ 3 VL. IL (VA)
- Daya aktif : P = √ 3 VL. IL. Cos φ (W)
P = S. Cos φ (W)
- Daya reaktif : Q = √ 3 VL. IL Sin φ (Var)
Q = S. Sin φ (VAr)
1. Daya Listrik
16. Hubungan Ketiga Daya:
● Daya semu (S) adalah daya yang disediakan oleh PLN.
● Daya aktif (P) adalah daya yang dapat dimanfaatkan
secara langsung.
● Daya reaktif (Q) adalah daya kemagnetan yang tidak dapat
dimanfaatkan langsung.
Faktor daya adalah perbandingan antara daya aktif dengan
daya semu (C. Sankaran, 2002). Faktor daya atau faktor kerja
menggambarkan sudut phasa antara daya aktif dan daya
semu. Daya aktif digunakan untuk mengoperasikan beban-
beban pada pelanggan listrik. Daya semu dihasilkan oleh
generator pembangkit yang ditransmisikan ke pelanggan
listrik. Daya reaktif yang bertambah akan menyebabkan
turunny faktor daya listrik.
2. Faktor Daya
17. PLN memberikan biaya tambahan bagi kalangan industri
berupa beban daya reaktif bila peralatan listriknya berfaktor
daya rendah. Faktor daya yang rendah terjadi karena daya
reaktif yang tinggi.
Contoh peralatan yang dapat menimbulkan daya reaktif
adalah peralatan yang menggunakan transformator dan
kumparan.
Cara yang mudah untuk mengantisipasi turunnya faktor daya
listrik dapat dilakukan dengan memilih beban-beban yang
mempunyai faktor daya besar juga dapat dilakukan dengan
memasang kapasitor
Faktor daya yang rendah berhubungan dengan beda fasa
antara arus dan tegangan pada terminal beban. Sudut fasa
arus beban yang rendah biasanya diakibatkan oleh
penggunaan beban induktif seperti transformator, motor
induksi, lampu TL dan beban eleltronik lainnya.
18. Faktor daya nilainya berkisar antara 0 hingga 1. PLN
menetapkan faktor daya harus lebih besar dari 0,85 bagi
pelanggan industri agar tidak dibebani biaya tambahan.
Namun, PLN tidak membebankan biaya tersebut kepada
pelanggan rumah tangga.
Faktor daya sering disebut cos phi (cos φ). φ (phi) adalah
sudut antara daya aktif (P) dengan daya nyata (S). Jika
perbandingan antara daya aktif (P) dengan daya nyata (S)
lebih kecil daripada 0,85 maka PLN akan mengenakan
denda.
Semakin rendah faktor daya (kurang dari tetapan cos φ =0,85)
maka semakin besar biaya yang dibebankan kepada
konsumen.
19. Pada suatu sistem tenaga listrik memiliki 3 jenis faktor daya
yaitu faktor daya unity, faktor daya mendahului (leading) dan
faktor daya terbelakang (lagging) yang ditentukan oleh jenis
beban pada sistem tenaga listrik
1) Faktor Daya Unity
Faktor daya unity adalah keadaan saat nilai cos φ adalah
satu dan tegangan sephasa dengan arus. Faktor daya unity
akan terjadi bila jenis beban adalah resistif murni. Pada
kondisi ini arus sephasa dengan tegangan nilai cos φ sama
dengan 1 yang menyebabkan jumlah daya nyata yang
dikonsumsi beban sama dengan daya semu.
Sifat Faktor Daya
20. 2) Faktor Daya Mendahului (Leading)
Faktor daya mendahului (leading) adalalah keadaan faktor
daya saat memiliki kondisi-kondisi beban atau peralatan
listrik memberikan daya reaktif dari sistem atau beban
bersifat kapasitif. Apabila arus mendahului tegangan maka
faktor daya ini dikatakan “leading” maka daya reaktif
tertinggal dari daya semu, berarti beban memberikan daya
reaktif kepada system.
3) Faktor Daya Tertinggal (lagging)
Faktor daya terbelakang (lagginng) adalah keadaan faktor
daya saat memiliki kondisi-kondisi beban atau perlatan listrik
memerlukan daya reaktif dari sistem atau beban bersifat
induktif. Apabila tegangan mendahului arus, maka faktor
daya ini dikatakan “lagging”. maka daya reakif mendahului
daya semu, berarti beban membutukan atau menerima daya
reaktif dari sistem.
21. PLN sebagai pihak yang mensuplay daya, menentukan nilai
cos φ = 0,85, artinya sebaiknya nilai cos φ > 0,85, jika nilai cos
φ dibawah 0,85 maka dikatakan power factor (Pf) jelek.
Jika pf pelanggan jelek (rendah) tentu kapasitas daya aktif
(kW) yang dapat digunakan pelanggan akan berkurang.
Kapasitas itu akan terus menurun seiring dengan semakin
menurunnya pf sistem kelistrikan pelanggan.
Akibat menurunnya pf maka akan muncul beberapa persoalan
sbb:
a.Membesarnya penggunaan daya listrik kWH karena rugi-rugi.
b. Membesarnya penggunaan daya listrik kVAR.
c. Mutu listrik menjadi rendah karena jatuh tegangan.
22. Untuk memperbaiki power faktor (pf) dapat dilakukan dengan
menaikkan/memperbesar nilai cos φ, Untuk memperbesar harga
cos φ yang rendah hal yang mudah dilakukan adalah
memperkecil sudut φ sehingga cos φ mendekati 1. Sedangkan
untuk memperkecil sudut φ 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,
umumnya digunakan kapasitor bank.
Kapasitor Bank
Kapasitor bank adalah peralatan listrik yang mempunyai sifat
kapasitif yang berfungsi untuk mengimbangi sifat induktif.
23. Dapat juga dikatakan bahwa kapasitor bank merupakan
sekumpulan beberapa kapasitor yang dihubungkan secara
paralel/seri untuk mendapatkan kapasitas kapasitif yang akan
digunakan.
Kapasitas kapasitor dari ukuran 5 KVar sampai 60 Kvar. Dari
tegangan kerja 230 V sampai 525 Volt. Untuk suatu besaran
kapasitor yang sering dipakai adalah kVAr (kilo volt ampere
reaktif) meskipun di dalam kVAr terkandung atau tercantum
besaran kapasitas yaitu Farad atau microfarad (µF).
Kapasitor yang akan digunakan untuk memperkecil atau
memperbaiki pf penempatannnya ada dua cara :
1. Metode terpusat. Kapasitor ditempatkan pada :
a. Sisi primer dan sekunder transformator
b. Pada bus pusat pengontrol
24. 2. Metode tersebar. Kapasitor ditempatkan pada:
a. Feeder kecil
b. Pada rangkaian cabang
c. Langsung pada beban
Kapasitor yang akan digunakan utnuk memperbesar pf
dipasang pararel beban atau jaringan. Bila rangkaian itu diberi
tegangan maka ekeltron akan mengalir masuk ke kapasitor.
Pada saat kapasitor penuh dengan muatan electron maka
tegangan akan berubah. Kemudian electron akan keluar dari
kapasitor dan mengalir ke dalam rangkaian yang
memerlukannya dengan demikian pada saat itu kapasitor
membangkitkan daya reaktif.
25. Keuntungan perbaikan faktor daya melalui pemasangan
kapasitor adalah :
Bagi perusahaan
● Diperlukan hanya sekali investasi untuk pembeli dan
pemasangan kapsitor dan tidak ada biaya pemasangan
terus menerus
● Mengurangi biaya listrik bagi perusaan sebab
a. reaktif (kVAR) tidak dipasok oleh PLN sehingga
kebutuhan total (kVA) berkurang dan
b. Nilai denda yang dibayar jika beroperasi pada factor
daya rendah dapat dihindari
● Mengurangi kehilangan distribusi (kWh) dalam jaringan
pabrik
● Tingkat tegangan pada beban akhir meningkat sehingga
meningkatkan kinerja motor.
26. Bagi PLN
● Komponen reaktif pada jaringan dan arus total pada
sistem ujung akhir berkurang
● Kehilangan daya I²R dalam sistem berkurang karena
penurunan arus.
● Kemampuan kapasitas jaringan distribusi lintrik
meningkat, menggurangi kebutuhan untuk memasang
kapsitas tambahan
Secara umum, beberapa keuntungan meningkatkan faktor
daya :
# Tagihan listrik akan menjadi kecil (PLN akan memberikan
denda jika pf lebih kecil dari 0,85)
# Kapasitas distribusi sistem tenaga listrik akan meningkat
# Mengurangi rugi – rugi daya pada sistem
# Adanya peningkatan tegangan karena daya meningkat.
27. Perbaikan faktor daya untuk memperbesar harga cos φ (pf)
yang rendah, hal yang mudah di lakukan adalah dengan cara
mempersempit sudut phi 1 sehhingga menjadi phi 2 berarti phi
1 > phi 2. Usaha untuk memperkecil sudut phi itu hal yang
mungkin dilakukan adlah memperkecil komponen daya reaktif
(VAR) (Dhida Aditya Puutra, 2012).
Komponen daya rekatif yang bersifat induktif harus dikurangi
dan pengurangan tersebut dilakukan dengan menambah suatu
sumber daya rekatif yaitu berupa kapasitor atau lebih dikenal
dengan istilah kapasitir bank. Ilustrasi perbaikan power factor,
sbb:
Qk = Q1 – Q2
= P (tan Ø – tan Ø’)
28. Perbaikan Faktor Daya/ Correction Power Factor
Seperti dijelaskan diawal tadi bahwa Q atau daya reaktif
sebenarnya adalah daya rugi-rugi dan sebisa mungkin
diminimalkan, artinya dengan nilai daya rata-rata/aktif yang
tetap dan nilai daya reaktif yang diperkecil, akan
memperkecil daya tampak/nyata secara keseluruhan.
Faktor daya atau power factor ( pf ) akan membesar atau
meningkat ketika nilai cos θ mendekati nilai 1 atau sudut θ
akan mendekati sudut 0. Misalkan kalau kita mempunyai
segitiga daya untuk arus lagging, secara grafik :
29. Nilai P tidak berubah yang diubah adalah nilai Q karena Q
berkaitan dengan komponen L atau C, oleh karena itu untuk
meningkatkan faktor daya maka kita harus memasang secara
paralel komponen L atau C.
Kenapa harus memasang secara paralel ? karena tujuan untuk
membuat nilai P yang tetap atau konstan,
Untuk meningkatkan pf suatu rangkaian I lagging dilakukan
dengan menambahkan atau mempararelkan komponen C
Untuk meningkatkan pf suatu rangkaian I leading dilakukan
dengan menambahkan atau mempararelkan komponen L
Catatan penting!
30. Contoh Latihan
1. Faktor daya suatu beban yang telah dikoreksi adalah 0,9
lagging dengan cara penambahan 20 kVAR kapasitor
parallel. Jika daya akhir adalah 185 kVA,
Tentukan segitiga daya sebelum diperbaiki atau dikoreksi !
Jawaban
Segitiga daya setelah dikoreksi
Sehingga segitiga daya sebelum dikoreksi
P = 166,5 kW
Q = Q’+Qc = 81 + 20 = 101 kVAR lagging, sehingga
31. Latihan:
1) Sebuah motor induksi dengan P = 300 kW dan factor dayanya
adalah 0,65 lagging /tertinggal. Motor induksi tersubut akan
diperbaiki factor dayanya menjadi 0,90 tertinggal/lagging.
Tentukan besar harga kapasitor yang harus dipasang dan
berapa persen kVA yang direduksi.
2) Sebuah sumber 60 Hz dengan Veff = 240 volt disuplai oleh
4500 VA ke beban dengan faktor daya 0,75 lagging. Tentukan
paralel kapasitor untuk meningkatkan faktor daya ke:
a. 0,99 lagging
b. 0,99 leading
