KULIAH INSTALASI KAPASITOR BANK KULIAH INSTALASI KAPASITOR BANK

Oleh : 

SULISTYOWATI, ST, MT

PROGRAM STUDI TEKNIK LISTRIKPROGRAM STUDI TEKNIK LISTRIKJURUSAN TEKNIK ELEKTROJURUSAN TEKNIK ELEKTRO

POLITEKNIK NEGERI MALANG POLITEKNIK NEGERI MALANG

MALANGMALANG20201212

Tujuan Tujuan

MetodologiMetodologi

PenjelasanPenjelasan

Supply Energi ReaktiveSupply Energi Reaktive

Power FactorPower FactorPenggunaan Energi

ReaktiveTg φDefinisi Energi Reaktif

Keuntungan KompensasiKeuntungan Kompensasi

Prinsip kompensasi faktor Prinsip kompensasi faktor dayadaya

Drop tegangan Drop tegangan

Rugi DayaRugi Daya

Perhitungan Daya Kapasitor Perhitungan Daya Kapasitor Bank Bank

Teknik Koreksi Faktor DayaTeknik Koreksi Faktor Daya

Letak Pemasangan KapasitorLetak Pemasangan Kapasitor

Kompensasi Tegangan Menengah

Solusi RectiphaseSolusi Rectiphase

MV KapasitorMV Kapasitor

Teknologi Kapasitor Teknologi Kapasitor

Aplikasi Penempatan KapasitorAplikasi Penempatan Kapasitor

TUJUAN Dapat menghitung perencanaan kapasitor bank untuk

memperbaiki faktor daya di industri. Dapat menganalisa efektifitas pemakaian kapasitor pada

tegangan rendah atau menengah serta dampak yang diakibatkan adanya faktor daya yang rendah.

Menghitung nilai perbaikan tegangan, rugi-rugi daya setelah penyulang tersebut dipasang kapasitor.

Dapat memilih komponen kapasitor bank serta kontrolnya yang tepat untuk perencanaan instalasi kapasitor bank di sisi JTM dan melakukan Perhitungan RAB (Rancangan anggaran belanja) instalasi kapasitor bank di sisi JTM berdasarkan speck yang ada.

Pendahuluan • PLN membebankan kelebihan pemakaian KVArh pada pelanggan

jika rata-rata faktor dayanya kurang dari 0,85. kVARH kena denda = kVARH terpakai – (0,62 x kWH total terpakai)

• Selain itu pemasangan kapasitor dapat menghindari :1. Overload pada trafo, sehingga memberikan tambahan daya yang tersedia.2. voltage drop pada line ends.3. kenaikan suhu pada kabel sehingga mengurangi rugi-rugi.

• Untuk pemasangan kapasitor bank diperlukan :1. Kapasitor dengan jenis yang cocok dengan kondisi jaringan.2. Regulator untuk pengaturan daya tumpuk kapasitor ( kapasitor bank) otomatis.3. Kontaktor untuk switching kapasitor.4. Pemutus tenaga untuk proteksi tumpuk kapasitor.

Perencanaan meliputi :

- Penentuan daya terpasang

- Penentuan total cosφ sistem

- Penentuan besar kapasitas kapasitor dan step

kapasitor bank

- Penentuan drop tegangan dan rugi daya sebelum dan setelah perbaikan faktor daya

- Analisa hubungan pemasangan kapasitor

- perhitungan biaya pemasangan kapasitor bank

PENJELASAN

• Semua mesin listrik yang menggunakan arus AC menggunakan 2 type daya yaitu :

"active "energy (daya aktif) dalam satuan kWh, daya ini ditransformasikan dalam bentuk energi mekanik dan energi panas

"reactive" energy (daya rekatif) dalam satuan kVARh, terdapat pada perhitungan daya rangkaian magnetis mesin listrik (transformator, motor...)

SUPPLY ENERGI REAKTIV

power supply energi

power supply energi

Jaringan Jaringan

bebanbeban

Meter listrikMeter listrik

Energi aktiv Energi reactiv

power supply energi

power supply energi

Jaringan Jaringan

bebanbeban

Meter listrikMeter listrik

Energi aktiv Energi reactiv

kapasitor

instalasi tanpa kapacitorinstalasi tanpa kapacitorinstalasi tanpa kapacitorinstalasi tanpa kapacitor Instalasi dengan kapacitorInstalasi dengan kapacitorInstalasi dengan kapacitorInstalasi dengan kapacitor

POWER FACTORPOWER FACTOR

Efesiensi dari instalasi listrik diukur oleh faktor daya :

P (kW)Daya activ kW

Daya nyata kVA S (kVA)F = = cos

Faktor daya (cos ini dinyatakan dengan rasio perbandingan antara daya yang digunakan pada aplikasi dan daya yang disupply ke jaringan yaitu untuk pengukuran efesiensi energi listrik :

0cos1

PENGGUNAAN ENERGI REAKTIF

• Standar beban motor asinkron pada :100% cos j @ 0.81

75% cos j @ 0.850% cos j @ 0.7325% cos j @ 0.55

• Lampu flouresent (tanpa dikompensasi) : cos j @ 0.5• Lampu discharge : cos j @ 0.4 to 0.6• Oven pemanas induksi (dikompensasi) : cos j @ 0.85• Mesin solder tipe resistance : cos j @ 0.8• Las listrik : cos j @ 0.5• Tanur listrik : cos j @ 0.8• Transformator : 5 % sampai 10 % dari daya trafo

• tg sering kali digunakan dalam perhitungan dari pada cosdalam bentuk ini rasio dikalkulasikan dengan

• Untuk pemberian periode waktu, maka rasio juga berdasarkan konsumsi dalam satu periode waktu yaitu

tg

reactive power

active power

Q (kvar)

P (kW)tan = =

tg=Wr

Wa

reactive energy (kvarh)

active energy (kWh)=

DEFINISI ENERGI REACTIVE

It = arus nyata

Ia = arus aktiv

Ir = arus reaktiv

I Ia r2 2It =

Ia = It cos

Ir = It sin

Ia

ItIr

P (kW)

S (kVA)

Q (kvar)

S = daya nyata

P = daya aktiv

Q = daya reactiv

P Q2 2

P = UIt cos UIa

Q = UIt sin UIr

S = UIt

F = faktor daya

FP

S cos

tgQ

P

S = UIt

S =

KEUNTUNGAN :

Ekonomi :Ekonomi :

• Penurunan tarif listrik oleh :

Penurunan kegunaan harga energi reactiv oleh kegunaan (pemakaian)

Penurunan konsumsi energi aktiv dalam pemakaian kWh (losses)

Ekonomi :Ekonomi :

• Penurunan tarif listrik oleh :

Penurunan kegunaan harga energi reactiv oleh kegunaan (pemakaian)

Penurunan konsumsi energi aktiv dalam pemakaian kWh (losses)

Teknik :Teknik :

• Perbaikan drop tegangan

• Memperbesar persediaan daya

• Penurunan rugi daya

• Memperbaiki kualitas arus listrik dengan filter pasif harmonik (kapasitor + induktansi)

Teknik :Teknik :

• Perbaikan drop tegangan

• Memperbesar persediaan daya

• Penurunan rugi daya

• Memperbaiki kualitas arus listrik dengan filter pasif harmonik (kapasitor + induktansi)

PRINSIP KOMPENSASI SEBELUM KOMPENSASI

M2 ... MnM1

daya aktif daya reaktif

daya aktif (P)

dayareaktif(Q)daya nyata

(S)

S = P2 + Q2

daya reaktif

PRINSIP KOMPENSASI SESUDAH KOMPENSASI

M2 ... MnM1

daya aktif

Persediaan daya

daya aktif (P’)

dayareaktif(Q’)

daya nyata(S’)

dayareaktifyangdisuplaikapasitor(Qc)

dengan Q’ < Q, maka S’ < S

S’ = P’2 + Q’2

'

• Permintaan daya nyata :• Permintaan daya nyata :

CONTOH : MANFAAT PERHITUNGAN FAKTOR CONTOH : MANFAAT PERHITUNGAN FAKTOR DAYADAYA

• Target : cos 2 = 0.95

Perhitungan daya reaktiv:

• Q = P (tan - tan )

= 789,264 kVar Permintaan daya nyata baru :

kesimpulan :kesimpulan : Daya yang tersedia

bertambah dalam kVA Penurunan tarif listrik

• Target : cos 2 = 0.95

Perhitungan daya reaktiv:

• Q = P (tan - tan )

= 789,264 kVar Permintaan daya nyata baru :

kesimpulan :kesimpulan : Daya yang tersedia

bertambah dalam kVA Penurunan tarif listrik

Installation dengan kapasitorInstallation dengan kapasitorInstallation tanpa kapasitorInstallation tanpa kapasitor

10MVA400V 50Hz 3 fasa

kapasitor

M

X X

M200kWcos = 0.885

200kWcos = 0.885

kVAS 774,4519885,0

kW 40001

kVAS 526,421095,0

kW 40002

DROP TEGANGAN

R = resistansi kabelX = reaktansi kabelP = daya activQ = daya reaktiv

U U URP XQ

U

1 2

2

U U URP XQ

U

1 2

2

LOAD

R

X

U1 U2

R

R X

X

U2U1

PENURUNAN DROP TEGANGAN

contoh :contoh :• Drop tegangan pada hantaran ujung• tegangan : 6 kV panjang : 100 m• impedansi : Z = R + jX = 0,084 + 0,17j Ohm

ΔU = U1 - U2 = = = 115,6 V6

74,357336

2U

XQRP

U U URP XQ

U

1 2

2

U U URP XQ

U

1 2

2

cos θ = 0,885

cos θ = 0,95

ΔU = U1 - U2 = = = 93,25 V2U

XQRP6

505,223336

PENURUNAN RUGI DAYA

rugi tahanan di kabel Aluminium :panjang : 100 mt = 7200 jam/tahunbeban : P = 100 kWcos = 0.885 Wj = 82390804 kWh/ tahuncos = 0,95 Wj = 71441860 kWh/ tahun

rugi tahanan di kabel Aluminium :panjang : 100 mt = 7200 jam/tahunbeban : P = 100 kWcos = 0.885 Wj = 82390804 kWh/ tahuncos = 0,95 Wj = 71441860 kWh/ tahun

R : resistansi panjang efectiv per unit (/km)

P : daya activ (kW)L : panjang (km)t : waktu kerja tahunan

per tahun (jam)

WRL

U

Ptj

103

2

2

2cosW

RL

U

Ptj

103

2

2

2cos

PERHITUNGAN DAYA KAPASITOR BANK

• Dari perhitungan tarif listrik :

• Menurut dari cos asal dan cos yang diinginkan :

• Perhitungan daya motor• Perhitungan daya transformator

Q P tg tgc a i f

Qc = R(kvarh)

t(h)

PERHITUNGAN DAYA MOTOR (1)

• Jika kapasitor bank dikoneksikan pada terminal motor asinkron

disebut self-excitation

keterangan :• Ic 0.9 Io

• Qc 2 x Pn (1 - cos n)

• Jika kapasitor bank dikoneksikan pada terminal motor asinkron

disebut self-excitation

keterangan :• Ic 0.9 Io

• Qc 2 x Pn (1 - cos n)

Pn

M

Qc

Io

finc tgtgPQ finc tgtgPQ

PERHITUNGAN PADA TRANSFORMER

Example :Sn = 1250 kVAS = 1000 kVAio = 2%Usc = 6%Qo = 25 kvarQch = 48 kvarQc = 73 kvar

Example :Sn = 1250 kVAS = 1000 kVAio = 2%Usc = 6%Qo = 25 kvarQch = 48 kvarQc = 73 kvar

Sn : rating daya transformator S : rating daya berbeban io : arus tanpa beban pada transformator

Tanpa bebanTanpa bebanTanpa bebanTanpa beban

berbebanberbeban

total kompensasitotal kompensasi

Q Sn i0 0

Qch SnS

Sn

Usc

2

Qc Q Qch Sn iS

Sn

Usc

0 0

2

TEKNIK KOREKSI FAKTOR DAYA

Jika rating kapasitor bank (kVAr) kurang atau sama dengan 15% dari rating supply transformatorr (kVA)

Jika rating kapasitor bank (kvar) di atas 15% dari rating supply transformator (kVA)(digunakan regulasi daya reactive step by step)

kompensasi tetap (fixed)kompensasi tetap (fixed)

kapasitor bank step kontrol-otomatiskapasitor bank step kontrol-otomatis

LETAK PEMASANGAN KAPASITOR

1. HV kapasitor bank pada HV jaringan transmisi

2. MV kapasitor bank pada MV jaringan distribusi

3. MV kapasitor bank untuk MV pelanggan

4. regulasi atau fixed LV kapasitor bank untuk LV pelanggan

5. LV kapasitor bank untuk MV pelanggan

6. LV/MV kapasitor bank untuk kompensasi

individu

1. HV kapasitor bank pada HV jaringan transmisi

2. MV kapasitor bank pada MV jaringan distribusi

3. MV kapasitor bank untuk MV pelanggan

4. regulasi atau fixed LV kapasitor bank untuk LV pelanggan

5. LV kapasitor bank untuk MV pelanggan

6. LV/MV kapasitor bank untuk kompensasi

individu

2

33

4

6 5 6

1

KOMPENSASI TEGANGAN MENENGAH

• Global compensationIdeal untuk beban stabil, kontinuPengaturan kedalam grup bank dalam

JTM/JTR jaringanKapasitor bank diswitch pada busbar JTMDipisah kedalam stepKapasitor satu fasa parktis diinstalasikan dalam

hubungan double star• Kompensasi di sektor• Kompensasi individu

PERHITUNGAN DAYA MOTOR (2)

• Jika kapasitor bank dihubungkan paralel dengan perangkat switchgear

• Bukan merupakan self-excitation

• Daya dapat dihitung pada beban nominal dan cos nominal:

Perhatian :

• Waktu pengosongan kapasitor (50 det)

• jika pemutusan kapasitor bank pada jaringan digunakan surge reactors sebagai batas lonjakan arus

• Jika kapasitor bank dihubungkan paralel dengan perangkat switchgear

• Bukan merupakan self-excitation

• Daya dapat dihitung pada beban nominal dan cos nominal:

Perhatian :

• Waktu pengosongan kapasitor (50 det)

• jika pemutusan kapasitor bank pada jaringan digunakan surge reactors sebagai batas lonjakan arus

Io

Pn

M Qc

finc tgtgPQ finc tgtgPQ

Pn

SOLUSI RECTIPHASE : RINGKASAN

•Seleksi perhitungan peralatan untuk tingkat arus harmonic dalam instalasi listrik

ukuran berlebih pada peralatan jika perluSn>2MVA GhScc/120 Scc/120<GhScc/70Sn<2MVA Gh0.15Sn 0.15Sn<Gh0.25Sn

standar peralatanperalatan kapasitor dengan

ukuran lebih

instalasi detuning reactor atau filterSn>2MVA Scc/70<GhScc/30Gh>Scc/30Sn<2MVA 0.25Sn<Gh0.6Sn Gh>0.6Sn

peralatan filter dengan detuning reactor harmonicdan kapasitor

MV KAPASITOR : PROPIVAR

• kapasitor dengan Jarylec– Memiliki temperatur rendah

– biodegradable dielectrik liquid hanya unutk perlindungan lingkungan

• kapasitor dengan epoxy cycloaliphatic resin diisolasi pada bushing– Mempunyai daya mechanical Lebih baik

– sambung pada tangki dengan penataan tetap

– digunakan dibawah pemisah iklim kondisi dan polusi lingkungan

MV KAPASITOR : PROPIVAR

• Semua lapisan kapasitor– Kepadatan mampu sampai

kenaikan daya 720 kvar

– Kerugian rendah

– memperpanjang lama hidup

• kapasitor dengan internal fuse– proteksi internal kapasitor

– memperpanjang durasi umur (life time)

– Penurunan setelah kurva

TEKNOLOGI KAPASITOR MV

• Unit kapasitor dihasilkan dari penyusunan serie/parallel pada elemen kapasitor

capacitor element

1 serie group of 4 parallel elements

insulation between package of capacitor elements and metallic can

aluminium foil 1

pp1+pp2

pp3+pp4

aluminium foil 2

TEKNOLOGI SEMUA LAPISAN

Ue epp

dielectric liquid

folded edge

pp4Al1pp1pp2

Al2pp3pp4Al1pp1

gradien =Ue

epp

(V/µm)batasan : Ue max gradien max

batasan : Ue max gradien max

terminals

internal fuse

coil

axis

overpressure bellow

plastic case

resin

metalic disk

KEAMANAN KOMPONEN

• Self-healing polypropylene

• Proteksi perlawanan arus gangguan tinggi dengan HRC fuse

• Protesi perlawanan arus gangguan rendah oleh kombinasi pada :

Tekanan lebih tidak berhubungan penataan

HRC fuse

PENEMPATAN KAPASITOR MV

MV kapasitors MV kapasitors bank HV filter

Pemasangan Produk dari beberapa instalasi

APLIKASI DISTRIBUSI PUBLIK

Panel MV kapasitor bank tipe step