]\N,\I,ISIS KON PENSASI F'AK'I'OR DAYA I'RANSFOR},I,\'t'OR I,AS I,ISTRIK 3 FASA DENGAN }I ENCCT] NAK,\N BAN K KAPASITOR S;.rPl.
\isutrltrl
j'rus,.n,r,
Stud i'l'el;nik Elektro ltur Teltnik L,nit,ersitus Ticlor Magelung ./1. Kupten S.Punnun lVo..9 Magelung 561 I3 Indonesia '
F-olitr
,,\bstract Non linear characteristic of the fransfbrmer causes hormonic distortion ancl po\t,er factor in the electric netlvork. [Jncontinous peration of the clectric arc-furnace rcsult in variable polvcr l'actor. I'he research is done by installing the arc-furnace and pM 300 A porver anal'zer. The obscrvation so that in no load condition indicatcs 0,9734 porler factor in corresponds to total voltage harmonic distorfion ol'2.3056 uh;in load of 2.6 mm arc-furnace indicates 0.8465 polrer; in load of 3.2 mm arc-furnace indicates 0.8407 porver factor; in loacl of 5.2 mm arc-furnace indicates 0.8212 pol'er factor; While fhe pou'er factor in 'alue loaded condition administrated bv PT. pl,N. is 0.85. 1-o inrprove clectric po\\,er factor is done bv installing shunt capacitor to the elecfric arc-furnace. The calculation result in value of capacitance of 10,7011 mF- at no load condition; 67.1735 rnF at 2.6 mm electrodc diameter load; 108.1548 mF at 3.2 mm electrode diameter load; IG6.7ZZ3 mF at 5.2 mm electrodc diameter load.
Installing the capacitor bank controlled automaticallv
to
corresponding values, result in losses of reactive po\\,er factor
lt8
minimum. As consequence thc mcthod ma) increase fhe efficiencl' of electric po\\ier use caused b)' the use of electric arcfurnacc.
.
Keyu,ords: Puu'er- Factor'. Translonlalclr, Arc-Funtace. capasitor' Bank.
ll9
i.
PLNDAHUI-AN
-l'ransforntator
adalah suatu alat urrtuk r.ncntinclahkan dava listrik arus bolak-balik clari suatu rar-rgkaian kc rangkaian iainnvir sccara clektromagnetik
I I ].Transfonnator
distribLrsi ntenggunlkan
tratrsforrnator step-dov,n.Translomator slep clayrn banr.,ak digunakan untuk rnenurunkan tegangan cjistribusi 20 kV mcnlacli 380 V atau 220 V yang selanjudnya disalurkan rnelalu .jaring satnbungan kekonsulr-ren f3 l. Salah ,satu rugi cla1,'a yang terdapat pada sistcnt penvalura.li energi listr-ik adalah transfon.nator.[1a1 ini karena seluruh peialatan sistem tenaga listrik bolak-balik untLrk menaikkan cian rlenurunkan
tegangan rgut' dapat rncrninirlisasi r-ugi-rtrgi lrrenSstrnrkrrr transfonlator I I 0]. listrik meiiputi kontinuitas pasokan daya listrik, tegangan jala-.jala yang stabil. bentuk gelombanu K-candalan sistem tenaga
sinusoida tanpa cacat dar-r faktor daya sama dengan satu.
lndustri pelanggan daya listrik dari Pl. PLN (per-sero) varrg mengoperasikan alat listriknya dengan faktor daya lebih kecil atar,r sarna dengan 0,85 dikenakan biaya pernakaian dan kVARh ll I ]. Salah satu penggunaan ciaya listrik adalah untuk alat las. daiaur melaksanakan kegiatannva alat las listrik ini menegunakan sumber
daya listrik dari -jala-jala yang dipakai bersar-na dengan aiat-alai lain, sehingga akan tirl.bul permasalahan bahu'a alat las listrik konvensior-ral dibuat dengan r.nenurunkan tegangan jala-jala listrik 380 Volt/220 Volt atau satu fasa 220 Volt dengan transfunriator daya rlenjadi tegangan 25 sampai 50 Volt, keluaran tranfon'nator selanjudnya disearahkan untuk mencatu arus elektroda sebcsar 20 sarnpai denqan 200 Arnpere. Proses penurunan teeangan clengarr
t20
reaktif pacla menggunakan tlarlsfonnator akan rnengakibatkan daya jala-jala listrik [ 1 0].
II PEMBAHASAN Tranfbrtnator daya listrik dalarn keadaan berbeban menarik arus listrik penguatan sebagai rugi-rugi besi, arus yang timbul dan arus karena adanya inti besi' fluks rnenilnbulkan ar-Lrs Eddy yang histeresis yung dikenal dengan arus magnetisasi'Arus . akan ini besi mengalir tolngut ibutkan rugi-rugi tembaga' Rugi-rugi mengakibatkin pergeseran vektor arus [10]' [6] dua Secara te oritis transfbrmator daya adalah merupakan pada dililit induktans yang digand eng (couplerl) berupa kurnparau pemreabilitas mempunyai dan satu inti besi lunak yang ierlaminasi daya listrik pr . Kurnparan primer Nl ilihubungkan dengan sutnber dengan ke beban dari jala-jala, kumparatr sekunder N2 disarnbung
tel.
Menurut [4], transfonnator dalam keadaan tidak berbebarl
bebar] mengalirkan aius sekalipun tidak sebesar arus pada keadaan berbeban tidak keadaan pada p"nuh. besar arus yurrg ,-t-,"t-'galir
'adanya
i*t Edcly dan arus magenetisasi disebabkan karena pencatu' ekivalen dengan L (7") dan R(Vs) paralel dengan tegangan
alus listrik yang melalui komponen induktif menyebabkan menimbulkan daya f.rg.r"run fasa tlrhadap tegangan' seliingga VAR dan faktor
daYa.
Faktor daya pacla translotmator akan tneningkat bilar-nana dioperasika" pudu tegangan yang mengandung hanlonik t4] Sed^ang pada g"tor]luang bolak-balik )'ang disearal-rkarr menimbulkan riak u.u, yur-,g selaniutnl,a menimbulkan hanlonik l1l. 121
Menurut l2], elcktroda busur api diekivalenkan dengan suatu hanrbatan dengan nilai yang bervar-iasi. Ircntasangan kapasitor paralel yang sesuai dengan alat lrstrik
vans rneninrbulkan daya reaktif rnenghasilkan perbaikan faktor clava sebancling dengan nilai kapasitans yang tcrpasang [8].
II. PEMODELAN Suatu jaringan pasif yang mengandung elemen induktif tunggal. tegangan terpasang V - Vn, cos (r) t rnenghasilkan suatu arus sinus yang terlinggal se.jauh 900, i-
1,,, crJS
(r,r t - 900 ).
Dava sesaat vang disalurkan : p -'r'i - V,,, I,,, cos ( 0l t 90t' )
'/.
Vn,
In,
sirt
Dalarn selang rvaktu lainnya seperli nt2 <.rt t
Suatu kcjadian yang lebih ulnum adalah suatu tcgangan V : Vrn cos (r) t yang dipasang pada suatu cler.nen listr-ik" menghasilkan arus I - Im cos (cl t - e), nilai 0 dapat bertanda positif atau negatif berlurut-turut sesuai dengan
nilai
impedans pengganti induktif atau kapasitif. Kondisi untuk arus mendahului tegangan ai'us mendahului ,0< 0, ditunjukkan pada sar"nbar 2.3, selan jutnya,
p-Vrnlmcos(ot-0) - 1/z Yrn Im I cos0 + cos(2ro t - 0 )] Suku cos
(2o t- 0 ) merniliki nilai lerata nol. sehingga dapat
diru Iis
t22
Prcrata
Garnbar-
Nilai efcktif atau nns adalah P
-
V^,,
Vn-r
'/.
lsy
clari lLrngsi-fr-rngsi siuus dan kosinus I
- Jt|lT-"','
V,.ri I,.r'r'cos
l.
-
/-)
0( W
cos0
hr.r
seh
i
n
gga cla-"-a rerata
)
.....
..
,. ,3
)
'l'ransfonnator keadaan tak bertreban. menghasilkan komponen arus penguatan i,,, arlrs yang aktir. yang dapat menimbulkan rugirugi besi. c'lisebut arus rugi besi, arus yang timbul karena adanya inti besi, keterangan { rneninrbulkan arus eddy dan arus histeresis yang dikenal sebagai arus nlagltetisasi. yaitu I,,, yang merupakan iumlah dari arus eddy dan arus histeresis yang rnenirnbulkan rugi tambaga (Cu).
Arus I,, berimpit dengan tegangan prirner' V1 cian 1,,, berimpit dengan fluksi $ jumlah vektor kedua kor.r.rponerr arus ini : I,,.
\,-,li'.*r".c1engan In,
-
Iu sin $1y I,,
I11
cos
$11
t2l
be rbeban. fluks lletto vang nilai sama padii kcadaarl tak
Transfomator dalam keadaan
rnelalui inti harlpir
r.nempunyai
.f
berbeban,
l-ransfbnnator ciengan rlagnetik bocor urerLtllaketll ekiralerl clengan transfortrator van-q dihubungkan suatrt kutlparatr inti"rktif clalam rar-rgkaian primer dan sekunder. Pada kurnparan primer atau sekunder akalr tinlbr-rl tiMFdengan adanya fluks bocor el-l pada kulrlparan pritncr dan c[-2 parla kumparan sekunder berlaku persatnaan :
',,1 cL, : )', "'L dan .\', = ' It I'
keterangatt : Xt - reaktans bocor pacia Primer. X2 : reaktans bocor pada sekunder. Akibat reaktans bocor timbul -iatuh tegaugan induktif pacia srsi primer dan sekunder berlurut-turut I1 X1 dan 12 X2.
Gambar 2 Rangkaian ekivalen transtbnnator Transfonnator dengan harnbatan dan reaktans
124
Z,=
Rr+
(t
iXr.
z.:JR'.+i; Z.=R.+ tX..
(5)
Persamaan tegangan r-nenjadi
vr Ez
:
Er + Ir( R1 + jX, ) - E,1 \ V2 ! I:( R, I iX: ) - t, - l:
Diagrarn vektor persarnaan-persarrraan tegangan ini dapal
dilihat pada garnbar 2.1 8.
Rzl IrXr IzRzl lzXz Ir
lz llIzRz Ir // IrRr
V
lll'z
o I2
V E2
IzR )
I2
X t2s
Zt ((
Z:
(.F
Canrbar 3. Vektor diagram transformator .lrring listrik bolak-balik yang rnengandung elemen induktans cian kapasitans akan urengakibatkan sudut pergeseran fasa sebesar
5 diatas diberikan
0antara arus dan tegangan. Nlcngacu gambar llcfsan-rilr'ln
:
10, maka y I didapatkan lvljli to, -e ,, 0,-e,adalah 0, maka persalnaan rnenjadi
v - jvl zo.
bila
Aan I =lt]
iviitlcos{J+ if Vlll sin0atau lazimnva
dirulis S-P+Je. (B)
Untiik daya kornplek a dapat dirninirlalkan
dengan
r.nenrasangkan kapasitor paralel dengan beban.
Bila faktor i)'-cos-r
da1,'a yang
(1)-
dikehendaki adalah
l,
rnaka:
0,
Denqan faktor ciaya 1,ang dikehendaki sama dengan satu, rraka Q.- I' tan 0 bernilai sama dengan nol. faktor da1,a vang diperbaiki akan beri-rilai sama dcngan nilai VAR vang terukur.
I'iilai reaktans C yang harus dipasangkan sebesar
fa'
Ir-l' Z ' L dalarn
satuan
OItm.
(e) besar nilai kapasitans yang harusd dipasang
( - -l0''
ct Z.
dalaur
:
mikro
farad. (
126
l0)
Pacla kcnl'ataan kapasitor yang ter-jual dipasar bebas adalah sebesar clalam satueilr piko Farad sampai dengan micro Farad yang bernilai I ,2.2.4.7 clan 6.8.
Suatu sunrber tegangan 3 lasa tcrhubung bintang dengan netral. dibcbani seinrbang, sistern tersebut dapat dianalisis hanya dingan salah satu fhsanva dan netral. Untuk fasa yang lain dianggap sama. Pemasangan kapasitor untuk kompensasi daya reaktif pada alat las dipasangkan secara paralel dengan
alat
las listrik.
tersebut.sclengkapnva clitur!ukkan pacla garrbar 4 dibawah ini.
Garnbar 4 Prinsip bank kapasitor
Penelitian dimaksudkarr untuk metnperoleh hasil faktor daya
dari las tistr-ik. besaran yang dikur adalah
:
tegangan surnber. ke alat las
tegangan alat las, daya real dan arus -vang ltlengalir dengan diameter elektroda yang bervariasi.
Ganrbar 5 merupakan r?ngkaian ekivalen pengukuran faktor daya pada alat las listrik.
121
i; rr, ,; i |, );I )
ir I
') I I
I
-) r|.l ) )
i
)l
)l)
rii
lI r Ij , tt' ] ti fi)
Ganrbar 5. Rangkaian ekivalen pen-{ukuran alat liis listr.ik
IV. ANAI-ISIS
I{asil pengukuran besar-an listrik pengclasan ilcnuan konclisi tanpa beban, beban elektrocla las diaureter' ?.6
mrr ditunjukkan pada tabel 1,2.3 dan Besar
nnt. 3.? llnt
clan
_5.2
4.
nilai faktor daya yang dihasiikan untuk kondisi
tanpa
beban sebesar 0,9134 dengan nilai VAR r.'ang tenrkr,rr. sebesar 168,8550,
nilai tersebut rnasih dalam toleransi uang
disyaratkan
oleh PT. Pl-N. (persero) sebagai penvedia sulnber tenaga listrik. Pada saat alat las
listrik digunakan nilai laktor clava tur-un.
untuk diameter elektroda 2.6 mm nilai faktor dar.a sebesar 0.846,5
VAR sebesar 1048,1069. untuk diarrerer elektro las 3.2 mm nilai faktor daya sebesar 0.8407 dan nilai \rAI{ sebcsar dengan nilai
16i4,0163 dan untuk diarneter elektroda las 5.1 rnur
t28
[-rcsar-
nilai
faktor daya 0,8412 dengan nilai VAI{ sebesar 2574.0940. Nilai
faktor daya yang dihasilkan selnuanya dibau,ah nilai
yang
disyaratkan oleh PT. PLN.(persero) sebcsar- 0,85. Sebagai akibat
dari
'ilai
vAR yang ditirnbulkar alat las lisrik tersebut, pihak
pengguna dikenakan beban tarnbahan pembayaran kelebihan KVARh sebesar Rp. 915/KVARh untuk golongan tarif I-1 /TR. Dengan menganggap seluruh besar nilai
VAR
dikornpensasi,
f'aktor daya yang direncanakan harus santa dengan satu.
Sudut antara arus dan tegangan sama dengan nol, daya reaktif sama dengan nol, sehingga daya reaktif yang ditarik alat las dibangkitkan oleh pentasangan kapasitor secara paralel. Dengan menganggap tegangan jaring sebesar nilai rerata vang terukur untuk fasa
-
netral, maka dapat dihitung sebagai berikut
- l68,885 VAR v- 224.17 V
Untuk beban nol Nilai Q
Reaktans (Xc)
c=
_
t0
-
I )l r\,/'l lv I -,fr;r., t-tttt- ) '
;-
=te7.i5t7o
6
2rnxlrX.. 106
2r3.14 xi0 r297.ji27
= 10.7 pF 129
:
clcngan cara i/ang sarra dapat dihitung nilai kapasitor kompensasi sehingga diperoleh kurva hubungan antara dianteter cleklroda las, arus yang mengalir dan VAR.
0,95
nq
I
,l
Arus ( x 10)
0,85 0,8
0.75 i-----pr Et
0
n7
E\2,6 E|3,2
mm !'nm
Et 5,2 mm
Carnbar 6. Diagrarn hubungan diameter elektroda las. arus yang mengalir dan nilai VAR
Dari hasil penelitian besar nilai \rAR kondisi tanpa bcban VAR yar-r-e dibangkitkan 1048,1649 VAR. kondisi dianrerer elektroda -3.2 mm nilai i,ana dibangkitkan 1614.0163 \iAR dan untuk diametel elektroda 5,2 rnm, nilai VAR _"-ang dibangkitkan 2,s74.0940 V;\R. 16tt,855 VAR, kondisi ciiameter elektroda ?.6 mm nilai
r30
V. PENU'I'UP Konclisi tanpa beban ar-us vang ditarik scbesar 3'2855 A, daya reaktif )'ang ditimbulkan adalah sebesar 168.855 VAR, dengan firktol tla.u-'a scbesar 0.9734. nilai ini adalah rugi-rugi tetap yang ccnclerung clisebabkan perrakaian transfcru-nator sebagai sumber tet.laga las clan dibarvah ketentuan yang disyaratkan oleh PT. PI-N. sebagai penyedra daya,
Kondisi beban iliamcter elektroda 2,6 mrn' arus yang ditank scbesar 8,832 A. claya reaktif yang ditirnbulkan sebesar 1048,1649 VAR" nilai faktor claya sebesar 0.8465. Untuk beban diameter clcktrocla 3.2-nur. besar arus 1,ang ditarik sebesar 13,924 A, da.va reaktif yang clitimbulkan I 674.0163 VAR. nilai faktor daya sebesar 0.8407. seclang untr-rk beban elektroda sebesar 5.2 rnm, arus yang ditarik scbesar 20.6255 A. daya reaktif yang ditimbulkan sebesar 2,514.0()40 VAIt. Nilai daya reaktif dengan berbagai diameter elckt|oda rl-le[r-rpunvai nilai y'ang tidak linear. ditinjau dari f'aktor total han-nonik arus rreningkat dengan berubahnva nilai elektroda dar-r-ir-rmlah arus yang mengalir. Dengan pelnasangan kapasitor bank dapat diperkecil pernbiayaan tagihan daya listrik sebesar Rp. 959,071 /jam untuk cliarreter elektrocla las 2,6 1nrn, Rp. 1.531'725/jam untuk cliameter elcktroda 3.2 rnm dan Rp 2.355.296,1aur untuk diameter elcktrocia
_5.2
mm
131
REFlrlthNSl
[1] Adrninister, J., 1983, Elettrit
Circ.trit.s.
McGrari,-llill Book
Clompany, Japan.
[2]
Aldag, A.. Cardici I.. Nalcaci. E,.. Hrnris. M." -fadakLula. S." 2000. E/fect Main Trun.sfbrmer Raplecentent on 'l'hc Pct.fbt.rttunc'e un Electric Arc Furnuc'e Systent, IITEE transaction on htclustrv Application Vol. 36 No. 2. pp 649 641
[3]
Pabla, A.S; 1990; Erlangga, Surabaya.
[4]
Boylestand, R. and Ncshelsky. I-., 1986, Elct'tr-onic, I)at.ices Antl Circuits Theor.v, Pentice-Hall Inter-national. htc.. Mexico.
[5]
Chuwddhury, A.,H.. and Grady. W.. M.. anclFuchs. h.. F., 1999. An Int,estigation of tlte Hqrmonic' Clturustari.s/it'.s ot T-r.un.sfornetEritation Curren Lt nder Non.sirtttsoidul SttTrytlr I'oltuge. ll:,EF, Transaction on Power Deleverv. Vol. 14 No.2. April. pp.450 -
Siitclt Disn'il.tt.ti ckltt Li.strik
(tct-jenttthun);
4s8..
t6l
Fitzgerald, A.,8. I{egginbotharn, D. E.. 1970. Ba.sic Eletrr.icct/ Engineering, Circuit.s, Maclt i nes, EIac tronics, C o nI t-oI. McGrau'Hill Intemational Book Company; -fokvo. Japan.
l7l
Grotzbach, M., and Ried, Ch., 1997. Inyestigtttiott t( .lC,DC Cont,erter Harntinics b.t, ctn Analvtic'ul IJu.setl Time Distt.etc Approoch,lEEE transaction on Power Deleven'. Vol. l2 No. 2.
pp814
[8]
880.
Seguier, G., 1986. Pov'er Elec'tronic, Conterlct-. McCjrau,-Hill Book Cornpany, Japan.
[9] Stevenson, Williarl, D., 1982. .,lnulisu Sistem
'fenugct
(terjemahan Budiono Misntuil), Lerrbaga Penerbitan Unir,. Brawijaya, Malang Jatirn, Indonesia.
132
Tlreraia, 8.L., 1978, Elactric'al Technoloc\t, Publication Division of Nirja Construction & Development Co(P) l-td" Ncw
[10]
Delhi.
[1
f
] --------
2010,
'l'ari/ Dctsctr Listrik,
I
JJ
PI.
PLN. (persero).
