Cara
Menghitung Kebutuhan Kapasitor Bank
Sebelum membahas
tentang perbaikan faktor daya dengan menggunakan kapasitor, ada
baiknya kita mengingat kembali tentang pengertian umum dari Daya
Semu, Daya Aktif dan Daya Reaktif.
Dalam sistem listrik AC/Arus
Bolak-Balik ada tiga jenis daya yang dikenal, khususnya untuk beban yang
memiliki impedansi (Z), yaitu:
• Daya semu (S, VA, Volt Amper)
• Daya aktif (P, W, Watt)
• Daya reaktif (Q, VAR, Volt Amper Reaktif)
Untuk rangkaian listrik AC, bentuk
gelombang tegangan dan arus sinusoida, besarnya daya setiap saat tidak sama.
Maka daya yang merupakan daya rata-rata diukur dengan satuan Watt,Daya ini
membentuk energi aktif persatuan waktu dan dapat diukur dengan kwh meter dan
juga merupakan daya nyata atau daya aktif (daya poros, daya
yang sebenarnya) yang digunakan oleh beban untuk melakukan tugas tertentu.
Sedangkan daya
semu dinyatakan dengan satuan Volt-Ampere (disingkat, VA),
menyatakan kapasitas peralatan listrik, seperti yang tertera pada
peralatan generator dan transformator. Pada suatu instalasi,
khususnya di pabrik/industri juga terdapat beban tertentu seperti motor
listrik, yang memerlukan bentuk lain dari daya, yaitu daya
reaktif (VAR) untuk membuat medan magnet atau dengan kata
lain daya reaktif adalah daya yang terpakai sebagai energi
pembangkitan flux magnetik sehingga timbul magnetisasi dan daya ini
dikembalikan ke sistem karena efek induksi elektromagnetik itu sendiri,
sehingga daya ini sebenarnya merupakan beban (kebutuhan) pada suatu sistim
tenaga listrik.

Gambar 1. Segitiga Daya.
Pengertian Faktor Daya / Faktor
Kerja
Faktor daya atau faktor
kerja adalah perbandingan antara daya aktif (watt) dengan daya semu/daya
total (VA), atau cosinus sudut antara daya aktif dan daya semu/daya
total (lihat gambar 1). Daya reaktif yang tinggi akan meningkatkan sudut ini
dan sebagai hasilnya faktor daya akan menjadi lebih rendah. Faktor daya selalu
lebih kecil atau sama dengan satu.
Secara teoritis, jika seluruh beban
daya yang dipasok oleh perusahaan listrik memiliki faktor daya satu, maka daya
maksimum yang ditransfer setara dengan kapasitas sistim pendistribusian.
Sehingga, dengan beban yang terinduksi dan jika faktor daya berkisar dari 0,2
hingga 0,5, maka kapasitas jaringan distribusi listrik menjadi tertekan. Jadi,
daya reaktif (VAR) harus serendah mungkin untuk keluaran kW yang sama dalam
rangka meminimalkan kebutuhan daya total (VA).
Faktor Daya / Faktor
kerja menggambarkan sudut phasa antara daya aktif dan daya semu. Faktor
daya yang rendah merugikan karena mengakibatkan arus beban tinggi. Perbaikan
faktor daya ini menggunakan kapasitor.
Kapasitor untuk Memperbaiki Faktor
Daya
Faktor daya dapat diperbaiki dengan
memasang kapasitor pengkoreksi faktor daya pada sistim distribusi
listrik/instalasi listrik di pabrik/industri. Kapasitor bertindak
sebagai pembangkit daya reaktif dan oleh karenanya akan mengurangi jumlah
daya reaktif, juga daya semu yang dihasilkan oleh bagian utilitas.
Sebuah contoh yang memperlihatkan
perbaikan faktor daya dengan pemasangan kapasitor ditunjukkan dibawah ini:
Contoh 1. Sebuah pabrik kimia
memasang sebuah trafo 1500 kVA. Kebutuhan parik pada mulanya 1160 kVA dengan
faktor daya 0,70. Persentase pembebanan trafo sekitar 78 persen (1160/1500 =
77.3 persen). Untuk memperbaiki faktor daya dan untuk mencegah denda oleh
pemasok listrik, pabrik menambahkan sekitar 410 kVAr pada beban motor. Hal ini
meningkatkan faktor daya hingga 0,89, dan mengurangi kVA yang diperlukan
menjadi 913 kVA, yang merupakan penjumlahan vektor kW dankVAr. Trafo 1500 kVA
kemudian hanya berbeban 60 persen dari kapasitasnya. Sehingga pabrik akan dapat
menambah beban pada trafonya dimasa mendatang. (Studi lapangan NPC)

Contoh 2. Sekelompok lampu pijar
dengan tegangan 220V/58 W, digabungkan dengan 12 lampu TL 11 W, ada 30 buah
lampu pijar dan lampu TL. Faktor daya terukur sebesar cos alpha1= 0,5.
Hitunglah daya semu dari beban dan besarnya arus I1 sebelum kompensasi, Jika
diinginkan faktor kerja menjadi cos alpha2=0,9. hitung besarnya arus I2
(setelah kompensasi).
a) Besarnya daya lampu gabungan
PG = (58 W x 18) + (11 W x 12) = 1176 watt = 1,176 kW
Cos phi1 = PG/S1 ->> S1 = Pg/Cos phi1 = 1,176kW/0,5 = 2,352 kVA.
I1 = S1/U = 2,352 kVA/220 V = 10,69 ampere (A)–> sebelum kompensasi
b) besarnya daya setelah kompensasi (cos phi = 0,9)
S2 = PG/Cos phi2 = 1,176 kW/0,9 = 1,306 kVA
maka I2 = S2/U= 1,306 kVA/220 V = 5,94 A –> setelah kompensasi
Keuntungan Perbaikan Faktor Daya
dengan Penambahan Kapasitor
Keuntungan perbaikan faktor daya
melalui pemasangan kapasitor adalah:
1. Bagi Konsumen, khususnya perusahaan atau industri:
• Diperlukan hanya sekali investasi untuk pembelian dan pemasangan kapasitor
dan tidak ada biaya terus menerus.
• Mengurangi biaya listrik bagi perusahaan, sebab:
(a) daya reaktif (kVAR) tidak lagi dipasok oleh perusahaan utilitas sehingga
kebutuhan total(kVA) berkurang dan
(b) nilai denda yang dibayar jika beroperasi pada faktor daya rendah dapat
dihindarkan.
• Mengurangi kehilangan distribusi (kWh) dalam jaringan/instalasi pabrik.
• Tingkat tegangan pada beban akhir meningkat sehingga meningkatkan kinerja
motor.
2. Bagi utilitas pemasok listrik
• Komponen reaktif pada jaringan dan arus total pada sistim ujung akhir
berkurang.
• Kehilangan daya I kwadrat R dalam sistim berkurang karena penurunan arus.
• Kemampuan kapasitas jaringan distribusi listrik meningkat, mengurangi
kebutuhan untuk memasang kapasitas tambahan.
METODA PEMASANGAN INSTALASI
KAPASITOR
Cara pemasangan instalasi kapasitor
dapat dibagi menjadi 3 bagian yaitu :
1. Global compensation
Dengan metode ini kapasitor dipasang di induk panel ( MDP )
Arus yang turun dari pemasangan model ini hanya di penghantar antara panel MDP
dan transformator. Sedangkan arus yang lewat setelah MDP tidak turun dengan
demikian rugi akibat disipasi panas pada penghantar setelah MDP tidak
terpengaruh. Terlebih instalasi tenaga dengan penghantar yang cukup panjang
Delta Voltagenya masih cukup besar.
2. Sectoral Compensation
Dengan metoda ini kapasitor yang terdiri dari beberapa panel kapasitor dipasang
dipanel SDP. Cara ini cocok diterapkan pada industri dengan kapasitas beban
terpasang besar sampai ribuan kva dan terlebih jarak antara panel MDP dan SDP
cukup berjauhan.
3. Individual Compensation
Dengan metoda ini kapasitor langsung dipasang pada masing masing beban
khususnya yang mempunyai daya yang besar. Cara ini sebenarnya lebih efektif dan
lebih baik dari segi teknisnya. Namun ada kekurangan nya yaitu harus
menyediakan ruang atau tempat khusus untuk meletakkan kapasitor tersebut
sehingga mengurangi nilai estetika. Disamping itu jika mesin yang dipasang
sampai ratusan buah berarti total cost yang di perlukan lebih besar dari metode
diatas
Komponen-komponen utama yang
terdapat pada panel kapasitor antara lain:
1. Main switch / load Break switch
Main switch ini sebagai peralatan kontrol dan isolasi jika ada pemeliharaan
panel . Sedangkan untuk pengaman kabel / instalasi sudah tersedia disisi
atasnya (dari) MDP.Mains switch atau lebih dikenal load break switch adalah
peralatan pemutus dan penyambung yang sifatnya on load yakni dapat diputus dan
disambung dalam keadaan berbeban, berbeda dengan on-off switch model knife yang
hanya dioperasikan pada saat tidak berbeban .
Untuk menentukan kapasitas yang dipakai dengan perhitungan minimal 25 % lebih
besar dari perhitungan KVar terpasang dari sebagai contoh :
Jika daya kvar terpasang 400 Kvar
dengan arus 600 Ampere , maka pilihan kita berdasarkan 600 A + 25 % = 757
Ampere yang dipakai size 800 Ampere.
2. Kapasitor Breaker.
Kapasitor Breaker digunakan untuk mengamankan instalasi kabel dari breaker ke
Kapasitor bank dan juga kapasitor itu sendiri. Kapasitas breaker yang digunakan
sebesar 1,5 kali dari arus nominal dengan I m = 10 x Ir.
Untuk menghitung besarnya arus dapat digunakan rumus
I n = Qc / 3 . VL
Sebagai contoh : masing masing steps
dari 10 steps besarnya 20 Kvar maka dengan menggunakan rumus diatas didapat
besarnya arus sebesar 29 ampere , maka pemilihan kapasitas breaker sebesar 29 +
50 % = 43 A atau yang dipakai 40 Ampere.
Selain breaker dapat pula digunakan
Fuse, Pemakaian Fuse ini sebenarnya lebih baik karena respon dari kondisi over
current dan Short circuit lebih baik namun tidak efisien dalam pengoperasian
jika dalam kondisi putus harus selalu ada penggantian fuse. Jika memakai fuse
perhitungannya juga sama dengan pemakaian breaker.
3. Magnetic Contactor
Magnetic contactor diperlukan sebagai Peralatan kontrol.Beban kapasitor mempunyai
arus puncak yang tinggi , lebih tinggi dari beban motor. Untuk pemilihan
magnetic contactor minimal 10 % lebih tinggi dari arus nominal ( pada AC 3
dengan beban induktif/kapasitif). Pemilihan magnetic dengan range ampere lebih
tinggi akan lebih baik sehingga umur pemakaian magnetic contactor lebih lama.
5. Kapasitor Bank
Kapasitor bank adalah peralatan listrik yang mempunyai sifat kapasitif..yang
akan berfungsi sebagai penyeimbang sifat induktif. Kapasitas kapasitor dari
ukuran 5 KVar sampai 60 Kvar. Dari tegangan kerja 230 V sampai 525 Volt
atau Kapasitor Bank adalah sekumpulan beberapa kapasitor yang
disambung secara parallel untuk mendapatkan kapasitas kapasitif tertentu.
Besaran yang sering dipakai adalah Kvar (Kilovolt ampere reaktif) meskipun
didalamnya terkandung / tercantum besaran kapasitansi yaitu Farad atau
microfarad. Kapasitor ini mempunyai sifat listrik yang kapasitif (leading).
Sehingga mempunyai sifat mengurangi / menghilangkan terhadap sifat induktif
(leaging)
6. Reactive Power Regulator
Peralatan ini berfungsi untuk mengatur kerja kontaktor agar daya reaktif yang
akan disupply ke jaringan/ system dapat bekerja sesuai kapasitas yang
dibutuhkan. Dengan acuan pembacaan besaran arus dan tegangan pada sisi utama
Breaker maka daya reaktif yang dibutuhkan dapat terbaca dan regulator inilah
yang akan mengatur kapan dan berapa daya reaktif yang diperlukan. Peralatan ini
mempunyai bermacam macam steps dari 6 steps , 12 steps sampai 18 steps.
Peralatan tambahan yang biasa
digunakan pada panel kapasitor antara lain:
- Push button on dan push button off
yang berfungsi mengoperasikan magnetic contactor secara manual.
- Selektor auto – off – manual yang berfungsi memilih system operasional auto
dari modul atau manual dari push button.
- Exhaust fan + thermostat yang berfungsi mengatur ambeint temperature (suhu
udara sekitar) dalam ruang panel kapasitor. Karena kapasitor, kontaktor dan
kabel penghantar mempunyai disipasi daya panas yang besar maka temperature
ruang panel meningkat.setelah setting dari thermostat terlampaui maka exhust
fan akan otomatis berhenti.