Laporan Aplikasi Software

“Perbaikan Faktor Daya Pada Jaringan Radial”

Kelompok :

Adi Purnomo (100534402 )

Angga Nur Rahmat (100534402 )

Hanif Satrio (100534402 )

Happy Latifur R.P (100534402666)

Miftahul Huda (100534402 )

UNIVERSITAS NEGERI MALANG

FAKULTAS TEKNIK

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRO

NOVEMBER 2013

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Faktor Daya

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.

Dalam perbaikan faktor daya ini menggunakan kapasitor.

Daya Aktif

Daya aktif (Active Power) adalah daya yang terpakai untuk melakukan energi sebenarnya.

Satuan daya aktif adalah Watt. Misalnya energi panas, cahaya, mekanik dan lain – lain. P = V.

I . Cos ö P = 3 . VL. IL . Cos ö Daya ini digunakan secara umum oleh konsumen dan

dikonversikan dalam bentuk kerja.

Daya Reaktif

Daya reaktif adalah jumlah daya yang diperlukan untuk pembentukan medan magnet. Dari

pembentukan medan magnet maka akan terbentuk fluks medan magnet. Contoh daya yang

menimbulkan daya reaktif adalah transformator, motor, lampu pijar dan lain – lain. Satuan

daya reaktif adalah Var. Q = V.I.Sin ö Q = 3 . VL. IL. Sin ö

Daya Nyata

Daya nyata (Apparent Power) adalah daya yang dihasilkan oleh perkalian antara tegangan

rms dan arus rms dalam suatu jaringan atau daya yang merupakan hasil penjumlahan

trigonometri daya aktif dan daya reaktif. Satuan daya nyata adalah VA.

1.2 Kapasitor untuk Memperbaiki Faktor Daya

Faktor daya dapat diperbaiki dengan memasang kapasitor pengkoreksi faktor daya pada

sistim distribusi listrik/instalasi listrik di pabrik/industry. 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 pabrik 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 410kVAr pada beban motor. Hal ini meningkatkan faktor daya

hingga 0,89 dan mengurangi kVA yang diperlukan menjadi 913 kVA, yang merupakan

penjumlahan vector 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).

Prinsip Dasar dan Spesifikasi Elektriknya

Kapasitor adalah komponen elektronika yang dapat menyimpan muatan listrik. Struktur

sebuah kapasitor terbuat dari 2 buah plat metal yang dipisahkan oleh suatu bahan dielektrik.

Bahan bahan dielektrik yang umum dikenal misalnya udara vakum, keramik, gelas dan lain-

lain. Jika kedua ujung plat metal diberi tegangan listrik, maka muatan-muatan positif akan

mengumpul pada salah satu kaki (elektroda) metalnya dan pada saat yang sama muatan-muatan

negatif terkumpul pada ujung metal yang satu lagi. Muatan positif tidak dapat mengalir menuju

ujung kutup negatif dan sebaliknya muatan negatif tidak bisa menuju ke ujung kutup positif,

karena terpisah oleh bahan dielektrik yang non-konduktif. Muatan elektrik ini “tersimpan”

selama tidak ada konduksi pada ujung-ujung kakinya. Di alam bebas, phenomena kapasitor ini

terjadi pada saat terkumpulnya muatan-muatan positif dan negatif di awan.

Kapasitansi

Kapasitansi didefenisikan sebagai kemampuan dari suatu kapasitor untuk dapat

menampung muatan elektron. Coulombs pada abad 18 menghitung bahwa 1 coulomb = 6.25 x

1018 elektron. Kemudian Michael Faraday membuat postulat bahwa sebuah kapasitor akan

memiliki kapasitansi sebesar 1 farad jika dengan tegangan 1 volt dapat memuat muatan

electron sebanyak 1 coulombs. Dengan rumus dapat ditulis :

Q = CV …………….(1)

Q = muatan elektron dalam C (coulombs)

C = nilai kapasitansi dalam F (farads)

V = besar tegangan dalam V (volt)

Dalam praktek pembuatan kapasitor, kapasitansi dihitung dengan mengetahui luas area plat

metal (A), jarak (t) antara kedua plat metal (tebal dielektrik) dan konstanta (k) bahan dielektrik.

Dengan rumusan dapat ditulis sebagai berikut :

C = (8.85 x 10-12) (k A/t) …(2)

Berikut adalah tabel contoh konstanta (k) dari beberapa bahan dielektrik yang disederhanakan.

Udara vakum k = 1

Aluminium oksida k = 8

Keramik k = 100 – 1000

Gelas k = 8

Polyethylene k = 3

Untuk rangkain elektronik praktis, satuan farads adalah sangat besar sekali. Umumnya

kapasitor yang ada di pasar memiliki satuan uF (10-6 F), nF (10-9 F) dan pF (10-12 F).

Konversi satuan penting diketahui untuk memudahkan membaca besaran sebuah kapasitor.

Misalnya 0.047uF dapat juga dibaca sebagai 47nF, atau contoh lain 0.1nF sama dengan 100pF.

Tipe Kapasitor

Terdiri dari beberapa tipe, tergantung dari bahan dielektriknya. Untuk lebih sederhana dapat

dibagi menjadi 3 bagian, yaitu kapasitor electrostatic, electrolytic dan electrochemical.

Kapasitor Electrostatic

Kapasitor electrostatic adalah kelompok kapasitor yang dibuat dengan bahan dielektrik dari

keramik, film dan mika. Keramik dan mika adalah bahan yang popular serta murah untuk

membuat kapasitor yang kapasitansinya kecil. Tersedia dari besaran pF sampai beberapa uF,

yang biasanya untuk aplikasi rangkaian yang berkenaan dengan frekuensi tinggi. Termasuk

kelompok bahan dielektrik film adalah bahan-bahan material seperti polyester (polyethylene

terephthalate atau dikenal dengan sebutan mylar), polystyrene, polyprophylene, polycarbonate,

metalized paper dan lainnya.

Mylar, MKM, MKT adalah beberapa contoh sebutan merek dagang untuk kapasitor dengan

bahan-bahan dielektrik film. Umumnya kapasitor kelompok ini adalah non-polar.

Kapasitor Electrolytic

Kelompok kapasitor electrolytic terdiri dari kapasitor-kapasitor yang bahan dielektriknya

adalah lapisan metal-oksida. Umumnya kapasitor yang termasuk kelompok ini adalah kapasitor

polar dengan tanda + dan – di badannya. Mengapa kapasitor ini dapat memiliki polaritas,

adalah karena proses pembuatannya menggunakan elektrolisa sehingga terbentuk kutup positif

anoda dan kutup negatif katoda. Telah lama diketahui beberapa metal seperti tantalum,

aluminium, magnesium, titanium, niobium, zirconium dan seng (zinc) permukaannya dapat

dioksidasi sehingga membentuk lapisan metal-oksida (oxide film). Lapisan oksidasi ini

terbentuk melalui proses elektrolisa, seperti pada proses penyepuhan emas. Elektroda metal

yang dicelup kedalam larutan electrolit (sodium borate) lalu diberi tegangan positif (anoda) dan

larutan electrolit diberi tegangan negatif (katoda). Oksigen pada larutan electrolyte terlepas dan

mengoksidai permukaan plat metal. Contohnya, jika digunakan Aluminium, maka akan

terbentuk lapisan Aluminium-oksida (Al2O3) pada permukaannya. Dengan demikian berturut-

turut plat metal (anoda), lapisan-metal-oksida dan electrolyte(katoda) membentuk kapasitor.

Dalam hal ini lapisan-metal-oksida sebagai dielektrik. Dari rumus (2) diketahui besar

kapasitansi berbanding terbalik dengan tebal dielektrik. Lapisan metal-oksida ini sangat tipis,

sehingga dengan demikian dapat dibuat kapasitor yang kapasitansinya cukup besar. Karena

alasan ekonomis dan praktis, umumnya bahan metal yang banyak digunakan adalah aluminium

dan tantalum. Bahan yang paling banyak dan murah adalah Aluminium. Untuk mendapatkan

permukaan yang luas, bahan plat Aluminium ini biasanya digulung radial. Sehingga dengan

cara itu dapat diperoleh kapasitor yang kapasitansinya besar. Sebagai contoh 100uF, 470uF,

4700uF dan lain-lain, yang sering juga disebut kapasitor elco. Bahan electrolyte pada kapasitor

Tantalum ada yang cair tetapi ada juga yang padat. Disebut electrolyte padat, tetapi sebenarnya

bukan larutan electrolit yang menjadi elektroda negatif-nya, melainkan bahan lain yaitu

manganese-dioksida. Dengan demikian kapasitor jenis ini bisa memiliki kapasitansi yang besar

namun menjadi lebih ramping dan mungil. Selain itu karena seluruhnya padat, maka waktu

kerjanya (lifetime) menjadi lebih tahan lama. Kapasitor tipe ini juga memiliki arus bocor yang

sangat kecil Jadi dapat dipahami mengapa kapasitor Tantalum menjadi relatif mahal.

Kapasitor Electrochemical

Satu jenis kapasitor lain adalah kapasitor electrochemical. Termasuk kapasitor jenis ini

adalah batere dan accu. Pada kenyataanya batere dan accu adalah kapasitor yang sangat baik,

karena memiliki kapasitansi yang besar dan arus bocor (leakage current) yang sangat kecil.

Tipe kapasitor jenis ini juga masih dalam pengembangan untuk mendapatkan kapasitansi yang

besar namun kecil dan ringan, misalnya untuk applikasi mobil elektrik dan telepon selular.

Rumusan Masalah

1. Bagaimana memperkecil daya reaktif pada sistem distibusi radial 20 Kv

2. Bagaimana menentukan besar kapasitor untuk memperbaiki faktor daya sistem distribusi

radial 20 Kv

Tujuan

1. Mahasiswa diharapkan mampu memahami mengenai pembahasan Perbaikan Faktor

Daya Pada Jaringan Radial

2. Mahasiswa dapat membuat aplikasi rancangan Perbaikan Faktor Daya Pada Jaringan

Radial

3. Mahasiswa dapat mengaplikasikan pembuatan software Perbaikan Faktor Daya pada

proses pembelajaran perkuliahan Aplikasi Software Sistem Tenaga

BAB II

METODE PENELITIAN

2.1 Alat dan Bahan Penelitian

Alat dan Bahan yang dibutuhkan pada penelitian ini adalah :

1) Software yang digunakan untuk membangun aplikasi ini adalah Borland Delphi.

Bahasa program yang digunakan adalah C ++

2) Komputer / laptop

2.2 Rancangan Eksperimen

Pembuatan Program meliputi tahapan sebagai berikut :

a. Instal Software

b. Menjalankan software

c. Data-data yang digunakan adalah Cos PHI, Tan PHI, Daya Aktif / kW (P), Daya

Semu / kVA (S), Daya Reaktif (Q), dan tentunya jumlah jam

d. Pemakaian listrik dan biaya pemakaian listrik yang ditentukan oleh pengguna. Semua

input yang didapatkan dari pengguna masih bertipe string, oleh karena itu dilakukan

proses konversi ke bilangan pecahan, atau tipe double dalam bahasa pemrograman C++

e. Bahasa Program yang dipakai Bahasa Program yang dipakai adalah C++

2.3 Pengujian Program

Pengujian Program melalui tahapan :

1) Dilakukan dengan simulasi program dengan menggunakan data yang ada.

2) Akurasi Program

3) Pengamatan hasil

2.4 Analisis

Analisis hasil Produk dalam eksperimen ini dilakukan dengan

menggunakan acuan kriteria. Untuk menggunakan acuan ini harus

ditentukan kriterianya dulu. Hasil pengukuran dengan acuan ini

dikategori- kan dua, yaitu berhasil membuat produk berarti bahwa

kemampuan peneliti dalam mengerjakan sesuatu telah memenuhi kreteria

yang telah ditetapkan. Sedang yang belum berhasil harus diberi

kesempatan lagi. Acuan kreteria ini sangat tepat untuk pelaksanaan

eskperimen ini. Dalam kegiatan eksperimen , Data yang akan

dianalisa adalah perubahan yang dihasilkan oleh pengoperasian

perangkat lunak sebelum dan sesudah pengkuran dan perhitungan

secara matematis. Data yang diperoleh berupa factor daya dan profil

tegangan diukur dari simulasi sistem

Gambar 1 : Flow Chart Program Analisis

.BAB III

HASIL PENELITIAN

Saluran transmisi fasa 3, 20 km, 69 KV, mempunyai konstanta R = 0,02 ohm/km; X = 0,608 ohm/km; Y = j4,0 x 10-6 ohm/km. Saluran transmisi tersebut mensuplai beban 250 MW dan pf = 0,5 terbelakang.Panjang saluran 80 km, merupakan saluran pendek.Is = IR = IVS = VR + IzPR = 30 MW; pf = 0,9 terbelakangVR = 69 KV (L – L) = 69/√3 KV (L – N)

= 39,8 KV (L – N)

|IR| = PR

√3 VR ( L−L ) x pfJadi:

IR = 30.000 KW <−25,84 °

√3 x69 KV x 0,9 Ampere

= 278,91 ¿−25,84 °Z = (0,2 + j 0,608) 80 ohm

= 16 + j 48,64 ohm = 70,62 71,79VS = VR + IZ

= 39.800 + 278,91 ¿−25,84 ° x 70,62 71,79

= 39.800 + 19.696,62 45,95= 39.800 + 13.694,99 + j 14.156

= 67.430 + j 14.156 = 68.899<¿ 11,86 V (L – N)Atau |VS| = 68,9 KV (L – N) = 119,34 KV (L – L)Daya pada ujung kirim:PS = √3 |VS||I|cos θS

θS = 11,86 – (–25,84) = 37,7

PS = √3 x 119,34 x 278,91 x cos 37,7 KW= 45615,24 KW

= 45,6 MWEfisiensi transmisi:

Eff = PRPS

= 30

45,6 x 100%

= 65,8%Pengaturan tegangan:

VR(%)= ¿VR(NL)∨¿VR(FL)∨ ¿¿VR(FL)∨¿ x100 %¿

¿

|VR(NL)| = |VS| = 119,34 KV

|VR(FL)| = |VR| = 69 KV

VR(%)= 119.34−69

69 x 100%

= 72,9%

Saluran transmisi fasa 3, 80 km, 69 KV, mempunyai konstanta R = 0,02 ohm/km; X = 0,608 ohm/km; Y = j4,0 x 10-6 ohm/km. Saluran transmisi tersebut mensuplai beban 30 MW dan pf = 0,9 terbelakang.Panjang saluran 80 km, merupakan saluran pendek.Is = IR = IVS = VR + IzPR = 30 MW; pf = 0,9 terbelakangVR = 69 KV (L – L) = 69/√3 KV (L – N)

= 39,8 KV (L – N)

|IR| = PR

√3 VR ( L−L ) x pfJadi:

IR = 30.000 KW <−25,84 °

√3 x69 KV x 0,9 Ampere

= 278,91 ¿−25,84 °Z = (0,2 + j 0,608) 80 ohm

= 16 + j 48,64 ohm = 70,62 71,79VS = VR + IZ

= 39.800 + 278,91 ¿−25,84 ° x 70,62 71,79

= 39.800 + 19.696,62 45,95= 39.800 + 13.694,99 + j 14.156

= 67.430 + j 14.156 = 68.899<¿ 11,86 V (L – N)Atau |VS| = 68,9 KV (L – N) = 119,34 KV (L – L)Daya pada ujung kirim:PS = √3 |VS||I|cos θS

θS = 11,86 – (–25,84) = 37,7

PS = √3 x 119,34 x 278,91 x cos 37,7 KW= 45615,24 KW= 45,6 MW

Efisiensi transmisi:

Eff = PRPS

= 30

45,6 x 100%

= 65,8%Pengaturan tegangan:

VR(%)= ¿VR(NL)∨¿VR(FL)∨ ¿¿VR(FL)∨¿ x100 %¿

¿

|VR(NL)| = |VS| = 119,34 KV

|VR(FL)| = |VR| = 69 KV

VR(%)= 119.34−69

69 x 100%

= 72,9%

Kawat menengah:

Suatu saluran transmisi fasa 3, 250 km, 138 KV, konstanta kawat z = 0,64 71,8 ohm/km; Y = 4,0

x 10-6 < 90 ohm/km. Menyalurkan daya 100 MW dan pf = 0,9, tegangan pada ujung beban 150 KV

PR = 100 MW; pf = 0,9; VR = 150 KV (L – L)

IR = 100000

√3150 = 384,9 < 0 Ampere

VR = 150

√3 = 86,6 KV (L – N)

Z = 0,64 x 250 <71,8 ohm = 160 < 71,8 ohm

Y = 4 x 138 x 10-6 < 90 ohm = 0,6 x 10-3 < 90 ohm

VS = (1+ ZY2

) VR + Z IR

IS = (1+ ZY4

)Y VR + (1+ ZY2

) IR

1+ ZY2

= 1 + 160 < 71,8 x 0,4 x 10-3 < 90

= 1 + 0,064 < 161,8

= 1 – 0,061 + j 0,02 = 0,939 + j 0,02

= 0,94 < 1,22

1+ ZY4

= 1 + 160 < 71,8 x 0,2 x 10-3 < 90

= 1 + 0,032 < 161,8

= 1 – 0,030 + j 0,009 = 0,970 + j 0,009

= 0,97 < 0,53

VS = 0,94 < 1,22 x 86.600 + 160 < 71,8 x 384,9 < 0

= 76.485 + j 1.733 + 19.234 + j 58.503 = 95,719 + j 60,236 KV (L-N)

= 113,1 < 32,2 KV (L-N) = 195.89 < 32,2° KV (L-L)

IS = 0,97 < 0,53 x 0,6 x 10-3 < 90 x 86.600 + 0,94 < 1,22 x 384,9 < 0

= 50,4 < 90,53 + 361,8 < 1,22= -0,46 + j 50,4 + 361,72 + j 7,7

= 361,26 + j 58,1 = 365,9 < 9,1 Amper

θS = 32,2 – (9,1) = 23,1

PS = x 113,1 x 365,9 x cos 23,1 KW= 114.195,7 KW= 114,2 MW

Efisiensi transmisi:

Eff = PRPS

= 100

114,2 x 100%

= 87,6%Pengaturan tegangan:

VR(%)= ¿VR(NL)∨¿VR(FL)∨ ¿¿VR(FL)∨¿ x100 %¿

¿

VR(NL) = ¿VS∨ ¿

¿1+ZY2

∨¿¿¿

= 113,10,94

= 120,32 KV

VR(FL) = 86,6 KV

VR(%)= 120,32−86,6

86,6 x 100%

= 38,9%

Pembahasan

Implementasi Model Analisis Perbaikan Faktor DayaListrik Rumah Tangga Dengan

Simulasi Perangkat Lunak menggunakan bahasa pemrograman C# (C Sharp), cara kerja

program dengan cara menjalankan program, kemudian pengguna menginputkan parameter-

parameter yang dibutuhkan untuk proses perhitungan simulasi analisis perbaikan factor daya

listrik rumah tangga. Setelah semua parameter yang dibutuhkan diinput oleh pengguna,

kemudian program akan mengkalkulasi perhitungan yang dibutuhkan sehingga menghasilkan

output yang dicari.

Tahapan pembuatan program mencakup proses analisis kebutuhan, peninjauan masalah,

memodelkan masalah, peran- cangan algoritma program, pembuatan program, pengujian

program, proses implementasi program.

Pada analisis perhitungan dan program kaitannya dengan pemakaian listrik rumah tangga

daya 1300 Watt, dapat dilakukan dengan menurunkan daya reaktif (kVAR) cara yang bisa

ditempuh antara lain dengan memasang utilitas, komponen yang mampu menekan

timbulnya daya reaktif (kVAR) seperti kapasitor sehingga dapat mengurangi pasokan daya

reaktif dari instansi penyuplai energi listrik inilah inti dari perbaikan faktor daya.

Perbaikan faktor daya dapat diartikan sebagai usaha untuk membuat faktor daya/cos

mendekati 1. Untuk memperbaiki faktor daya dari suatu beban yang mempunyai faktor daya

yang rendah, diperlukan langkah awal dengan menganalisis faktor penyebab faktor daya

rendah setelah dilakukan analisis di lapangan menunjukkan bahwa beban- beban yang

tersambung pada saluran tenaga listrik sebagian besar adalah beban induktif, dimana beban-

beban induktif ini menyebabkan pemakaian daya semu menjadi berlebih dan tegangan pada

jaringan menjadi turun. Hal tersebut disebabkan turunnya faktor daya pada jaringan, yang

disebabkan oleh beban tersebut. Begitu juga beban-beban/pelanggan listrik yang mempunyai

daya besar yang mempunyai beban induktif dapat mengurangi faktor daya sehingga

pemakaian daya semu sangat berlebihan, hal ini sangat merugikan beban/pelanggan tersebut.

Kapasitor, dapat membangkitkan daya reaktif kapasitif yang dibutuhkan untuk

mengkompensir daya reaktif induktif dari beban, pemasangannya dapat dilakukan pada

tegangan menengah maupun tegangan rendah

BAB IV

PENUTUP

4.1. Kesimpulan

Dari Penelitian yang sudah di laksanakan maka dapat di ambil kesimpulan sebagai berikut :

1. Pembuatan Program Simulasi Analisis Perbaikan Faktor DayaListrik Rumah Tangga

dapat dilakukan sesuai dengan analisis yang dilakukan dengan pendekatan

perhitungan matematis dan Implementasi langsung di pelanggan listrik.

2. Program memiliki akurasi lebih baik dibandingkan pada program

perhitungan tarif dasar listrik yang

dimiliki PLN, dikarenakan pada perhitungan program perhitungan nilai pecahan /

floating point tidak dibulatkan. Sehingga ketelitian hasil kalkulasi mencapai 10 digit

dibelakang koma.

3. Bila di analisis Hubungan antara perbaikan faktor daya (Cos Q) dengan

besarnya daya reaktif (kVAR) yang di

hasilkan maka dari hasil analisis perhitungan dapat dikatakan bahwa

setiap kenaikan faktor daya (Cos Q)

sebesar 0,05 akan diikuti angka penurunan daya reaktif (kVAR) dengan angka

penurunan rata-rata sebesar 0,221 kVAR.

4. Dalam hubungan perbaikan faktor daya analisis perhitungannya

menunjukkan pula bahwa setiap

kenaikkan Cos Q sebesar 0,05 akan diikuti dengan penurunan biaya rekening

listrik yang harus di bayarkan dengan rata-rata penurunan sebesar 5 %.