RANCANG BANGUN MODUL POWER FACTOR CONTROL UNIT
BUILD DESIGN MODUL POWER FACTOR CONTROL UNIT
ABSTRAK
Tri Agus Budiyanto (091321063) Jurusan Teknik Elektro Program Studi Teknik Listrik Politeknik Negeri Bandung Jl. Gegerkalong Hilir, Ds. Ciwaruga Kotak pos 6468 BDCD, Bandung (022) 2012045 e-mail:
[email protected]
Energi listrik sekarang ini digunakan di berbagai aspek kehidupan. Baik di industri, rumah sakit, bahkan
perkantoran. Peralatan yang digunakan pun kebanyakan
biayanya
Untuk menaikan faktor daya pada nilai yang sebenarnya (0,85 dari PLN) dibutuhkan pemasangan kompensator
daya
akan
memberikan
keuntungan
penghematan energi listrik dan pengurangan kerugian daya sehingga konsumsi energi yang diterima konsumen lebih maksimal. Besarnya pemakaian energi listrik itu disebabkan karena
bersifat induktif seperti motor listrik. Beban yang bersifat induktif tersebut berakibat menurunkan faktor daya.
faktor
banyak beban listrik yang digunakan dan beban listrik yang digunakan tersebut umumnya bersifat induktif dan kapasitif. Contoh penggunaan beban induktif adalah pada motor induksi. Dimana beban induktif tersebut membutuhkan daya
pada jaringan. Penggunaan kompensator yaitu agar menaikan faktor daya yang dibantu dengan sistem kontrol untuk
reaktif, sedangkan beban kapasitif sebagai kompensator yang nantinya diatur untuk menentukan faktor daya maksimum. Tujuan pembuatan alat ini adalah sebagai pembelajaran
mengatur kerja kompensator tersebut. Tujuan Proyek Akhir ini adalah mengidentifikasi, menganalisis dan membuat modul praktikum perbaikan faktor daya untuk beban motor induksi 3 fasa menggunakan kompensator.
bagi mahasiswa Politeknik Negeri Bandung dalam memahami tentang ketenagalistrikan. Salah satunya dengan modul power factor control unit sehingga mahasiswa mampu mengetahui
Dan membuktikan hasil analisa dari nilai cos φ yang
faktor daya yang berubah-ubah akibat sifat beban induktif.
dihasilkan sebelum dan sesudah pemasangan kapasitor
Tujuan Merancang modul power factor control unit dengan
dengan beban motor induksi 3 fasa 1,5 KW. Kata kunci: Motor Induksi 3 Fasa, Kapasitor bank, Power Factor Controller, Perbaikan Faktor Daya
beban yang bersifat induktif dengan sistem kerja 4 step menggunakan capasitor bank yang dihubung delta (Δ) pada perbaikannya dari besaran cos φ <0,90 menjadi cos φ 0,90.
I. PENDAHULUAN II. LANDASAN TEORI
Pada ruang lingkup konsumen besar, seperti industriindustri, faktor daya merupakan peranan yang cukup penting. Faktor daya yang tinggi sangat diinginkan, agar operasi mesin lebih efisien dan menjaga biaya rendah untuk seluruh sistem kelistrikan pabrik. Disamping dalam segi ekonomis pada
Daya Pada Beban a.
Daya Semu
Daya semu (Apparent Power) merupakan daya listrik yang melalui suatu penghantar transmisi atau distribusi seperti
yang tertera pada peralatan generator dan transformator. Daya
elektromagnetik. Sehingga daya ini merupakan beban pada
ini
sistem tenaga listrik. Contoh daya yang menimbulkan daya
digunakan
secara
umum
oleh
konsumen
dan
reaktif adalah transformator, motor dll.
dikonversikan dalam bentuk kerja.
Gambar 3 Rangkaian Beban Induktif
Gambar 1 Rangkaian Beban Kapasitif
Satuan daya reaktif adalah VAR. Secara matematis,
Daya semu merupakan hasil perkalian antara tegangan dan arus yang melalui penghantar dan dinyatakan dalam satuan
daya reaktif dapat dirumuskan sebagai berikut:
Volt-Ampere (VA).
Q = V.I.Sin φ ....................................................(2.3)
S = V. I ....................................................................(2.1)
Rumusan daya reaktif pada 3 fasa, yaitu:
Rumusan daya semu pada 3 fasa sebagai berikut:
Q = √3 . VL. IL. Sin φ .......................................(2.4)
S = √3 . VL. I L..........................................................(2.2) b.
Hubungan antara daya aktif, daya reaktif dan daya semu, dinyatakan dengan merepresentasikan daya-daya tersebut
Daya Aktif (P)
Daya aktif (active power) dikenal juga sebagai daya nyata.
sebagai vektor dan disebut juga sebagai segitiga daya.
Daya ini sebenarnya adalah daya yang dipakai oleh komponen pasif resistor yang merupakan daya terserap atau terpakai untuk melakukan energi sebenarnya, misalnya energi panas. Gambar 4 Segitiga Daya
Faktor Daya Faktor daya didefinisikan sebagai perbandingan antara Gambar 2 Rangakaian Beban Resistif
daya aktif (P) dan daya semu (S) atau cosinus sudut antara
Secara matematis, daya aktif dinyatakan sebagai berikut
daya aktif dan daya semu. Sehingga, nilai cos φ dapat
P = V. I . Cos φ ................................................(2.3)
dinyatakan dalam persamaan berikut:
Sedangkan unutk daya aktif pada 3 fasa, yaitu
Cos φ =
P = √3 . VL. IL . Cos φ ......................................(2.4) Daya aktif diukur dalam satuan Watt, daya ini membentuk
a.
𝑃 =
𝑆
𝑉.𝐼
...............................(2.7)
Faktor Daya Leading Faktor daya leading terjadi apabila beban kapasitif,
energi aktif persatuan waktu, dan dapat diukur dengan kWh
seperti
meter.
𝑃
kapasitor,
synchronocus
generators
dan
synchronocus motors. Sudut tegangan dan sudut arus positif c.
Daya Reaktif (Q)
atau leading akan menghasilkan sudut fasa negatif.
Daya reaktif adalah daya yang diperlukan untuk pembentukan medan magnet. Dari pembentukan medan magnet maka terbentuk fluks medan magnet kemudian daya ini
dikembalikan
ke
sistem
karena
efek
induksi
b.
Faktor Daya Lagging Faktor daya lagging terjadi apabila beban induktif,
seperti motor induksi, dan transformator. Sudut tegangan
dan sudut arus negatif atau lagging akan menghasilkan sudut fasa positif.
I
I
Ib
S
M
M
Kapasitor
Ic
C
Kapasitor adalah suatu komponen elektronika yang
untuk menyimpan arus listrik dalam bentuk muatan. berfungsi
Gambar 7 Rangkaian Sebelum dan Sesudah perbaikan
III.
PERENCANAAN DAN REALISASI
Deskripsi Kerja Sistem Jenis perbaikan yang dilakukan dengan modul power
factor controller yaitu secara terpusat dengan menggunakan
12 buah capasitor bank dengan kapasitas daya reaktif masingmasing capasitor bank tersebut adalah 3 μf , 4 μf , 5 μf , 6 μf,
Gambar 5 Kapasitor
Fungsi kapasitor dalam suatu rangkaian diantaranya:
1.
2.
pada frekuensi 50 Hz dengan tegangan kerja 220V.
Sebagai kopling antara yang satu dengan rangkaian
Pengaturan kerja sistem terbagi menjadi dua pengoperasian
lain pada power supply. yang
yaitu manual dengan menggunakan push lock dan otomatis
Sebagai
komponen
timming
(pengosongan&
menggunakan power factor controller
pengisian) 3.
Untuk menghemat daya listrik pada lampu TL.
4.
Menghilangkan bouncing (loncatan api) apabila
Untuk pengaturan power factor controller dilakukan langkah-langkah sebgai berikut: 1.
memasang saklar. Perbaikan Faktor Daya
Mengaktifkan Power Factor Controller (tidak dalam posisi dibebani).
2.
Perbaikan faktor daya dapat diartikan sebagai usaha
Menekan tombol “+” dan “set” pada Power Factor Controller kemudian akan muncul tulisan seperti
membuat faktor daya atau cos φ mendekati 1.
berikut: a.
PFC: cos φ yang diinginkan
b.
CAP:
jumlah
penggunaan
step
yang
akan
digunakan c. ACT: kerja step pada power factor controller yang diinginkan d. O.U.T: pengamanan otomatis (non-fuse) pada power factor controller apabila terjadi over voltage
Gambar 6 Segitiga Perbaikan Faktor Daya
e. O.U.R:
Keterangan :
yang terjadi pada jaringan
- Q1, S1, P dan φ1 (sebelum perbaikan faktor daya)
Berikut ini proses kerja perbaikan faktor daya:
- Q2, S2, P dan φ2 (sesudah perbaikan faktor daya) - Qc kompensasi perbaikan faktor daya
1.
Selector switch diubah pada posisi otomatis dan power factor controller akan aktif atau menyala.
Salah satu cara dalam memperbaiki faktor daya adalah dengan menggunakan capasitor bank.
pemberitahuan informasi terhadap error
2.
Pada saat beban (induktor) beroperasi parameter yang terukur, yaitu: arus pada source, arus pada beban,
tegangan dan cos φ, kemudian power factor controller
Diagram Control
akan mulai melakukan pengukuran. 3.
Diagram ini dirancang agar dapat memenuhi dua fungsi
Pada saat daya reaktif terukur besar maka nilai cos φ
akan menjadi kecil, sehingga power factor controller akan mengaktifkan step-step yang terhubung pada kontaktor,
kemudian kontaktor akan bekerja dengan
kerja yaitu kerja secara otomatis dan manual dengan menggunakan selector switch (S0). Dimana pada sistem kerja otomatis
alat
power
factor
controller
yang
akan
mengoperasikan kontaktor-kontaktor sebagai switching.
memberikan tegangan pada koil sehingga kontak akan terhubung dengan capasitor bank maka faktor daya
A
L
A
cos ?
mulai diperbaiki. 4.
K1M
K3M
Setelah beban dimatikan maka power factor controller K
secara otomatis melepas step-step, kemudian akan
220V
L
0
PFC (POWER FACTOR CONTROLLER) STEP 1
STEP 2
STEP 3
STEP 4
K4M
S0
power factor controller akan mengendalikan kontaktor
A
M
untuk melepas setiap kontaknya sehingga capasitor
bank akan terputus. K2M
K2M
K2M
K2M
K2M
K2M
K2M
K2M
Wiring Diagram K7M K1M
Wiring Diagram digunakan untuk mengenal cara kerja alat
power
factor
controller
serta
menjelaskan
cara
pemasangannya ke rangkaian.
K2M
K3M
K3M
K4M
K5M
K6M
Gambar 10 Diagram Kontrol Pada Sistem Modul Power Factor Control Unit
Pemilihan Komponen a.
Power Factor Controller Spesifikasi power factor controller yang digunakan:
Gambar 8 Wiring Diagram Power Factor Controller
Diagram Daya Rangkaian ini berisi kontak-kontak utama dimana fungsi
Tegangan Kerja
= AC 220 V ~ 380 V
Temperatur Kerja
= 0 0C to - 60 0C
Penggunaan Daya
= 10VA
Arus yang digunakan
= <4,5 VA
Waktu Kerja Kapasitor = 15detik; 1menit; 3menit; 5menit
tersebut menurut sistem kontrolnya.
b.
Setting kerja Power Factor
= 0.80 lag – 0.90 lead
Setting C/k
= otomatis
Berat
= 0,8 kg
Capasitor Bank Capasitor bank mempunyai sifat kapasitif dimana fungsi
tersebut sebagai penyeimbang sifat induktif. Besaran yang sering digunakan adalah kVAR (Kilo Volt Ampere Reaktif) walapun dilapangan akan tercantum nilai besaran suatu kapasitansi yaitu Farad atau microFarad. Sifat listrik yang ada pada kapasitor adalah kapasitif (leading), sehingga kapasitor Gambar 9 Diagram Daya Pada Power Factor Control Unit
digunakan dengan tujuan mengurangi atau menghilangkan beban listrik yang bersifat induktif (lagging).
capasitor bank dapat dihitung dengan perhitungan : In
≥ 1022,73/ VL x 3
Nilai kapasitor = 3 μf
In
≥ 1022,73/ 220 x 3
Tegangan = 400 Vac
In
≥ 2,68 A
Step 1
Kontaktor standard IEC 60947-4-1 untuk switching
Frekuensi = 50-60 Hz
e.
Toleransi kapasitor = ± 5%
Jenis kabel yang digunakan yaitu kabel NYAF pada
Step 2
Kabel Penghantar
kontrol dan kabel daya pada kapasitor. Berdasarkan PUIL
Nilai kapasitor = 4 μf
2000 pasal 5.10.2.1, ditentukan bahwa KHA penghantar sirkit
Tegangan = 400 Vac
kapasitor yaitu :
Frekuensi = 50-60 Hz
In
Toleransi kapasitor = ± 5%
Step 3
= 1022,73/ VL x 3 = 1022,73/ 220 x 3
= 2,68 A
Nilai kapasitor = 5 μf
KHA = 135% X In
Tegangan = 400 Vac
= 135% X 2,68 A
Frekuensi = 50-60 Hz
= 3,618 A
Toleransi kapasitor = ± 5%
Dikarenakan nilai arus yang mengalir kecil (< 5
Step 4
Ampere) maka dipilih kabel dengan luas penampang 1,5
Nilai kapasitor = 6 μf
mm2.
Tegangan = 400 Vac
Tabel 1 Pemilihan Warna Selubung Kabel
Frekuensi = 50-60 Hz
MCB
1
KODE WARNA Merah
Pemilihan MCB menurut PUIL 2000 pasal 5.10.2.3.4
2
Kuning
Penghantar fasa S
3
Hitam
Penghantar fasa T
4
Biru
Penghantar netral
5
Hijau
Penghantar sistem kerja
NO
Toleransi kapasitor = ± 5% c.
rating pada kapasitor tidak boleh kurang dari 135% dari arus
FUNGSI Penghantar fasa R
nominal kapasitor. Berikut perhitungan rating MCB, yaitu : In (capasitor)
= 1022,73/ VL x 3 = 1022,73/ 220 x 3 = 2,68 A
Rating MCB
f.
= 135% X In
Sesuai dengan ketentuan, terdapat beberapa range
= 135% X 2,68 A
standar arus CT yang digunakan yaitu :
= 3,618 A Penulis
menggunakan
MCB
dengan
perhitungan
kapasitor terbesar sebagai tolak ukur penggunaan MCB. d.
Trafo Arus (CT)
1.
Arus Primer CT
Berdasarkan data name plate beban induktor 6,6A pada hubungan Δ
Kontaktor 2.
Arus Sekunder pengenal CT
yaitu
Berdasarkan spesifikasi arus maksimum yang terdapat
Bill of Quantity
pada power factor controller maka pemilihan arus sekunder pengenal CT yaitu 5A maka Ratio CT = 30/5A Bill of Quantity
3.
Burden Capacity
No
Nama Barang
1
Power factor Controller
Spesifikasi
Jumlah
Nilai beban pengenal yang digunakan yaitu 5 VA,
digunakan. sesuai spesifikasi CT yang 4.
Kelas Ketelitian
Malabo
1 buah
∑ step = 6 step
referensi arus fasa untuk menentukan nilai faktor daya.
Vkerja =220 V
Sehingga dipilh CT dengan kelas ketelitian yaitu kelas
Ikontak = < 5A 2
Selector Switch
Vkerja = 220 V
1 buah
Vmax = 380 V
=
Tipe = S5-60D
CT pada perbaikan faktor daya digunakan pengukuran
Merek Electric
Marking = A– Off -M 3
Casing
Panjang = 50 cm
1 buah
Lebar = 20 cm Tinggi = 60 cm Berat = 24 kg 4
Trafo Arus (Current Transformer)
Ratio = 30/5 A Kelas 1
3 buah
5
Spiral Kabel
Diameter = 15mm
3 meter
6
Sepatu Kabel
Tipe = ring 2,5mm2
16 buah
7
Kabel NYAF
D = 1,5 mm2
25 meter
8
Ampere-meter
Merk = GAE
2 buah
F = 50 Hz
Merk = Bisson 9
Cos φ-meter
Merk = Otto
1 buah
Arus = 5 ampere Tegangan = 400V 10
MCB
Merk = Merlin Gerin
1 buah
In = 10 A 11
Kontaktor
Merk = siemens Tegangan = 220/380V Arus = 10 A
8 buah
2.
IV. ANALISA PENGUJIAN PERBAIKAN
dengan beban induktor dari power factor control unit.
FAKTOR DAYA Spesifikasi Beban Pada
3.
tahapan
pengujian, beban
yang
4.
5.
Jumlah : 1 buah
6.
alat pengujian simulator Sedangkan untuk
modul
bertahap
dan
Membandingkan
data
hasil
pengujian
dan
data
Tabel Pengambilan Data Tabel 3 Pengujian Sebelum Dipasang Kapasitor
power factor control unit, dengan spesifikasi:
: Simulator
TAP
1. Tegangan
: 220 V
2. Arus
: 5 Ampere
3. Frekuensi
: 50 Hz
4. Cos φ
: 0,90
5. Kapasitor hubung Δ 6. Sistem operasi Automatic dan Manual Perhitungan Perbaikan faktor daya menjadi cos φ 0,90 Tabel 2 Perhitungan kapasitor
Kapasitor (μf) Hubung Δ 3 7 12 16
Hubung Y 8 22 37 50
Berdasarkan hasil perhitungan, nilai kapasitor yang
IL1
IL2
P 3ϕ
(Volt)
(A)
(A)
(Watt)
1
220
0,5
0,5
85,73
0,45
2
220
1,2
1,2
169,18
0,37
3
220
1,9
1,9
238,91
0,33
4
220
2,5
2,5
276,26
0,29
Tabel 4 Pengujian Sesudah Dipasang Kapasitor T A P
Kapasitor (μf)
VLL
IL1
IL2
P 3ϕ
Qc
(Volt)
(A)
(A)
(Watt)
(VAR)
1
3
220
0,5
0,2
85,73
128,5 95
0,9 3
2
7
220
1,2
0,3
169,1 8
342,7 5
0,8 4
3
12
220
1,9
0,4
238,9 1
568,3 6
0,8 6
4
16
220
2,5
0,4
276,2 6
771,8 7
0,8 4
digunakan lebih kecil dibandingkan dengan hubung bintang. Maka, dalam hal ini penulis menggunakan kapasitor tipe electrostatic (Mylar) dengan hubung delta. Langkah Kerja Pengujian Tahapan langkah pengujian yang dilakukan diantaranya:
Cos φ
VLL
Spesifikasi :
1 2 3 4
secara
perhitungan.
3. F : 50 Hz
TAP
pembebanan
controller terlepas.
2. I : 6,6-15/ 0,6-6,6 A
Jenis
Menghentikan
memastikan bahwa indikator step pada power factor
1. V Δ/Y : 220/ 220 Volt
Mencatat hasil pengukuran dan parameter Cos φ, yang terbaca dan terukur pada power factor control unit.
: beban induktor
Spesifikasi :
Mengoperasikan modul power factor control unit ke posisi otomatis.
digunakan
adalah beban induktor dengan spesifikasi, yaitu : Jenis
Memberi sumber arus AC 3 fasa dan menyambungkan
Cos φ
Analisis Pengujian Dari data analisa didapat bahwa pada saat pengujian sebelum dipasang kapasitor arus beban pada induktor dan
1.
Mempersiapkan beban induktor dengan pemasangan hubung delta (Δ) sebagai beban.
arus beban pada source mempunyai nilai yang sama. Tetapi
pada saat kapasitor masuk pada jaringan perubahan arus
4.
Dengan dipasangnya kapasitor arus yang pada sisi sumber berkurang sehingga cos φ menjadi naik.
sangat signifikan di source. Sehingga bisa dilihat pada tabel percobaan 3 dan 4, IL1 merupakan parameter arus pada beban,
5.
Kapasitas maksimum perbaikan faktor daya daya yang
dapat diperbaiki dengan menggunakan Capasitor Bank
sedangkan IL2 merupakan parameter arus pada source.
Kesimpulan Dari
mencapai 0,9 dengan pengujian beban induktif dengan
V. KESIMPULAN DAN SARAN
jumlah konfigurasi 4 step.
pengujian
yang
telah
dilaksanakan
dapat
disimpulkan sebagai berikut: 1.
Dalam
hasil
Agar alat ini dapat digunakan lebih baik perlu dilakukan
pengujian
tersebut
didapat
hasil
perubahan nilai cos φ. Dengan nilai cos φ rata-rata
sebelum pengujian yaitu 0.45, 0.37, 0.33, 0.29 dan setelah
dilakukan
perbaikan
dengan
alat
diantaranya: 1.
3.
Transformer).
yang
mengalir
pada
CT(Current
terlebih
sebelum
Memastikan sumber VL-L = 220 V untuk tegangan Mengikuti petunjuk manual book pada saat mensetting
4.
Penggunaan CT(current transformer) diperhitungkan secara benar agar power factor controller dapat melakukan pengukuran secara akurat.
dahulu
ulang Power Factor Controller.
Power factor controller ini bekerja otomatis dengan arus
pengaturan
masukan pada Power Factor Controller
Sistem kerja pada power factor controller ini adalah
indikasi
Dilakukan
menggunakan alat teresbut dengan beban yang berbeda. 2.
menambah penggunaan kapasitor dalam perbaikannya. 3.
penyempurnaan. Adapun beberapa hal yang perlu diperbaiki
ini
berdasarkan perhitungan yaitu 0,9. 2.
Saran
