Koreksi Faktor Daya

Koreksi Faktor Daya

Ketika muncul kebutuhan untuk mengoreksi faktor daya buruk dalam sistem tenaga listrik, kita mungkin tidak memiliki kemapanan untuk mengetahui persis berapa beban induktansi dari panel distribusi listrik kita dalam satuan henri yang digunakan sebagai bahan perhitungan. Kita mungkin cukup beruntung jika memiliki alat yang disebut sebagai faktor daya meter untuk menunjukkan kepada kita berapa faktor daya yang terukur, data ukur pada alat ini berkisar diantara 0 dan 1. Daya semu (apparent power) dapat diketahui dengan cara mengukur tegangan dengan sebuah voltmeter dan hasilnya dikalikan dengan arus hasil pengukuran dengan sebuah ammeter.
Dalam keadaan tertentu kita mungkin harus menggunakan sebuah osiloskop untuk membandingkan bentuk gelombang tegangan dan arus, mengukur derajat pergeseran phasa dan menghitung faktor daya dengan kosinus dari pergeseran phasa itu.

Kemungkinan besar, kita mengakses alat pengukur watt untuk mengukur daya aktif, dan membandingkannya dengan perhitungan daya semu dari total perkalian tegangan dan arus hasil pengukuran. Dari nilai-nilai daya aktif dan daya semu, kita dapat menentukan daya reaktif dan faktor daya yang kita punya saat itu. Sebagai bahan acuan, mari kita mengerjakan satu contoh masalah untuk mengetahui bagaimana cara kerjan pengukuran factor daya praktis, seperti diperlihatkan oleh gambar Gbr.1 di bawah ini:

S = I E

S = 10 A x 220 V

S = 2,2 kVA

Pertama, kita perlu menghitung daya semu dalam kVA. Kita dapat melakukan ini dengan mengalikan tegangan dengan arus beban seperti diatas (Wattmeter membaca daya aktif, hasil dari pembacaan voltmeter dan ammeter menghasilkan daya semu).

Power Faktor = P/S

Power Faktor = 15 kW/2,2 kVA

Power Faktor = 0,682

Seperti yang kita lihat, 2,2 kVA adalah besaran yang jauh lebih besar dari 1,5 kW, yang mengatakan kepada kita bahwa faktor daya di sirkuit ini agak miskin (secara substansial kurang dari 1). Sekarang kita cari faktor daya beban ini dengan membagi daya aktif dengan daya semu :

Dengan menggunakan nilai ini untuk faktor daya, kita dapat membuat segitiga daya seperti gambar Gb.2 dalam menentukan daya reaktif dari beban rangkaian tersebut.

Untuk menentukan hal yang belum diketahui (daya reaktif) dari besaran segitiga, kita dapat menggunakan Teorema Pythagoras, mengingat panjang sisi miring (daya semu) dan panjang sisi yang berdekatan (true power) maka:

Jika beban adalah motor listrik atau mesin industry arus bolak-balik lainnya, ia akan memiliki faktor daya tertinggal (induktif), yang artinya bahwa kita harus mengkoreksinya dengan ukuran kapasitor yang sesuai dan merangkainya secara paralel. Sekarang kita ketahui besar daya reaktif (1,61 kVAR) dan kita dapat menghitung ukuran kapasitor yang diperlukan untuk melawan dampak dari faktor daya yang tertinggal tersebut dengan cara menurunkannya dalam persamaan sebagai berikut :

Jika pembulatan jawaban diambil ke bawah maka ukuran kapasitor menjadi 105 µF atau dapat juga disesuaikan dengan besar kapasitas kapasitor yang banyak beredar dipasaran dengan catatan tidak lebih besar dari perhitungan. Setelah perhitungan kapasitor kita dapat maka kapasitor tersebut kita tempatkan kedalam rangkaian dan menghitung hasilnya seperti pada gambar Gbr.3 di bawah ini.

  
Sebuah kapasitor 105 µF akan memiliki reaktansi kapasitif sebesar 30,303 Ω, memberikan arus 7,26 Ampere yang menghasilkan sebuah kesesuaian daya reaktif 1,597 kVAR untuk kapasitor saja. Arus kapasitor berbeda phasa 180^o dari arus beban induktif, maka daya reaktif kapasitif akan langsung mengurangi daya reaktif induktif beban tersebut, sehingga mengakibatkan:

Inducktif kVAR – Kapasitif kVAR = Total kVAR,
1,610 kVAR – 1,597 kVAR = 13 VAR 

Koreksi ini, tentu saja tidak akan mengubah jumlah sebenarnya dari daya yang dikonsumsi oleh beban tapi akan menghasilkan pengurangan terhadap daya semu dan arus total secara substansial yang diambil dari sumber 220 Volt lihat gambar Gbr.4 di bawah ini.

 

Daya semu setelah kapasitor koreksi dapat ditemukan dari nilai-nilai daya yang aktif dan nilai-nilai daya reaktif, dengan menggunakan bentuk standar dari Teorema Pythagoras juga:

 

Hal ini memberikan koreksi faktor daya (1.5kW / 1,500056 kVA) atau 0,99996 dan arus total yang baru (1,50009 kVA / 220 Volts) atau 6,818 A, terjadi perbaikan besar atas nilai arus beban yang sebelumnya adalah sebesar 10 A sebelum kapasitor dikoreksi. Arus total yang lebih rendah ini mengindikasikan bahwa berkurangnya kerugian akibat panas dalam rangkaian kabel, yang berarti efisiensi sistem menjadi lebih besar dan lebih sedikit daya yang terbuang(terhambur).

phi Faktor daya buruk di sirkuit arus bolak balik dapat dikoreksi ke suatu nilai yang mendekati 1(satu) dengan menambahkan komponen reaktansi kapasitif yang sesuai dan dipasang secara paralel sehingga menimbulkan efek perlawanan terhadap reaktansi induktif yang selanjutnya mengakibatkan perbaikan pada faktor daya (pf, cos).