Transcript BAB 2 BAB 7 - Modal Holong

VII. PEMAKAIAN KAPASITOR PADA SISTEM DISTRIBUSI
VII-1. DEFINISI DASAR
 Elemen kapasitor
 Unit kapasitor
 Segmen kapasitor
 Modul kapasitor
 Kapasitor bank
Elemen Kapasitor : suatu bagian dari kapasitor yang terdiri dari elektroda yang
dipisahkan oleh material dielektrik
Unit kapasitor : gabungan dari satu atau lebih elemen kapasitor didalam satu
kontiner dengan terminal yang terletak diluar
Segmen kapasitor : grup satu fasa dari unit kapasitor dengan sistem proteksi dan
kontrol
Modul kapasitor : grup tiga fasa dari segmen kapasitor
Kapasitor bank: gabungan keseluruhan dari modul kapasitor yang secara listrik
dihubungkan satu sama lain
VII-2. KAPASITOR DAYA
Kapasitas dari 15 - 25 kVAR s/d 200-300 kvar
Untuk kapasitor bank dari 300 - 1800 kvar
KAPASITOR SERI
KAPASITOR DAYA
KAPASITOR SHUNT
VII-3 DAMPAK DARI KAPASITOR SERI DAN SHUNT
Untuk meregulasi tegangan dan aliran daya reaktip pada titik dimana kapasitor
dipasang.
Kapasitor Daya
KAPASITOR SERI
mengurangi reaktansi
induktansi saluran
KAPASITOR SHUNT
merobah faktor daya beban
VII-3-1 KAPASITOR SERI
Kapasitor seri jarang digunakan pada sistem distribusi karena :
1. Ferroresonan pada transformator
2. Resonan subsinkron selama start motor
3. Shunting motor selama operasi normal
4. Kesulitan dalam proteksi kapasitor dari arus gangguan sistem
Kapasitor Seri digunakan pada sistem Subtransmisi untuk mengurangi
Regulasi Tegangan.
Gambar: 1
VII-3-1 KAPASITOR SERI
Z = R + jXL
Z = R + j(XL - XC)
I
+
+
VS
VR
-
-
I
+
VS
-
+
VR
(b)
(a)
VS


-
-
VR
'
IZ
IR
Vs'
IXL
VC

VR
I
I
IR cos IXL cos
(c)
I Z'
I XC
I XL
IR
IR cos IXL cos
(d)
VD = IR cos + IXL sin 
Gambar : 1
VD = IR cos + I(XL - XC) sin 
Keterangan gambar 1:
(a) & (b) : Diagram fasor tegangan saluran untuk faktor daya
terkebelakang tanpa kapasitor seri
(c) & (d) : Diagram fasor tegangan saluran untuk faktor daya
terkebelakang dengan kapasitor seri
Beberapa variasi dari besaran kapasitor seri pada saluran
1. Kompensasi Lebih
VR
VR
IR


IZ
IZ
I(XC - XL)
IR
I
I
(a)
VS
(b)
VS
I (XC - XL)
(a) = kompensasi lebih pada tegangan sisi penerima pada beban normal
(b) = kompensasi lebih pada tegangan sisi penerima pada start dari motor besar
2. Faktor Daya Terdahulu
VS
I XL
I XC
I XL
VS
I
I
IZ
IR

IZ

VR
IR
VR
(a)
(b)
Gambar : 3
(a) : Diagram fasor tegangan dengan saluran faktor daya
terdahulu tanpa kapasitor seri
(b) : Diagram fasor tegangan dengan saluran faktor daya
terdahulu dengan kapasitor seri
Bila cos  = 1.0, sin  = 0,
I (XL-XC) sin  = 0
VD = IR
VII-3-2 KAPASITOR SHUNT
Kapasitor Shunt (Paralel)
Kapasitor Paralel :
1. Mencatu daya reaktip atau arus untuk melawan arus yang diperlukan
oleh beban induktip.
2. Memodifikasi karakteristik beban induktip untuk melawan komponen
terkebelakang dari arus beban induktip pada titik pemasangan.
Dampaknya sama dengan :
Overexcited synchronous condenser
Generator
Motor
Gambar : 4
Z = R + jXL
Z = R + jXL
I
+
- VS
+
VR
-
IC
I'
+
- VS
I
VR
(a)
(b)
VS

IC
IZ
VS

'
I'Z
I XL

VR
IC
IR
I
VR
I
I'
(c)
Gambar : 4
(a) & (b) : Diagram fasor tegangan saluran untuk faktor
daya terkebelakang tanpa kapasitor paralel
(c) & (d) : Diagram fasor tegangan saluran untuk faktor
daya terkebelakang dengan kapasitor paralel
(d)
I'R
+
-
Susut Tegangan di saluran (atau transmisi pendek):
VD = IR R + IX XL
(A)
Bila kapasitor dipasang pada sisi penerima dari saluran, susut tegangan:
VD = IR R + XL (I - IC )
(A) – (B) : kenaikan tegangan
akibat pemasangan kapasitor
(B)
VR = IC XL
VII-4 KOREKSI FAKTOR DAYA
VII-4-1 UMUM
 Sistem distribusi umumya adalah beban reaktip dengan PF 80 %.
 Beban sistem distribusi, arus terkebelakang dari tegangan
P, kW

IX = I sin

S,
I
IX
kV
A
x
(a)
(b)
Gambar: 7
(a) Fasor diagram
(b)Segi tiga daya
Beban distribusi tipik
Q, kVAR
VR
ILUSTRASI BAGAIMANA KOMPONEN DAYA REAKTIF 
BERTAMBAH DENGAN SETIAP 10 % PEROBAHAN FAKTOR DAYA
48,43
kVAR
100
kW
100 kVA
PF = 1,00
100
kW
111,11 kVA
PF = 0,90
75
kVAR
100
kW
125 kVA
PF = 0,80
102
kVAR
133,33
kVAR
100
kW
100
kW
142,86 kVA
PF = 0,70
166,67 kVA
PF = 0,60
Gambar 5: Pertambahan kebutuhan daya buta dan daya reaktip sebagai fungsi
faktor daya beban dengan daya nyata beban konstan
ILUSTRASI BAGAIMANA KOMPONEN DAYA REAKTIF 
BERTAMBAH DENGAN SETIAP 10% PEROBAHAN FAKTOR DAYA
43,59
kVAR
100
kW
100 kVA
PF = 1,00
60
kVAR
71,41
kVAR
90
kW
80
kW
70
kW
100 kVA
PF = 0,90
100 kVA
PF = 0,80
100 kVA
PF = 0,70
80
kVAR
60
kW
100 kVA
PF = 0,60
Gambar 6: Perobahan dalam daya nyata dan daya reaktip sebagai fungsi
faktor daya beban dengan daya buta beban konstan
VII-1 KOREKSI FAKTOR DAYA
Misalkan beban dicatu dengan daya P daya reaktip lagging Q1
dan daya nyata S pada faktor daya lagging :
P
Cos  
1 S
1
Cos  
1
P
 2
P

 Q 2 
1 
1/2
Bila kapasitor shunt Qc kVAR
dipasang pada beban
Cos 
Faktor daya dapat diperbaiki dari
cos  ke cos 
Cos 
2
2

P
P

S
1/2
1 P2  Q2


2

P


P 2


  Q - Q 
C
 1
2



1/2
P
P
P
 
Q2 = Q1 - QC
Q1

Q2
beban
S2
Q1
QC
S1
Gambar 7: Ilustrasi koreksi faktor daya
VII-5 PENGGUNAAN KAPASITOR
Kapasitor dapat digunakan untuk semua level tegangan & kapasitas.
 Hubungan paralel untuk memperoleh
kapasitas yang diinginkan
 Hubungan seri untuk memperoleh tegangan
yang diinginkan
Gambar : 8
Kapasitor digunakan :
 60 % di saluran primer
 30 % di rel daya di gardu induk
 10 % di sistem transmisi
ILUSTRASI DARI PEMASANGAN KAPASITOR
A
1
2
n
3
Segmen
Kapasitor 1
Fuse
V1
Segmen
Kapasitor 2
V2
n
3
Segmen
Kapasitor m
kV
Fuse
Vm
B
Gambar 8: Sambungan unit kapasitor untuk satu fasa
pada tiga fasa hubungan Wye
VII-5-1 TIPE PEMASANGAN KAPASITOR
Dipasang pada saluran diatas tiang dengan kapasitor bank
serta satu grup fuse.
 Maksimum besarnya 1800 kvar untuk tegangan 15 kV
3600 kVAR untuk tegangan yang lebih tinggi
PEMASANGAN KAPASITOR PADA SALURAN ADA BEBERAPA TIPE :
 Kapasitor Fixe yang ditentukan besarnya pada waktu beban ringan
 Kapasitor yang dapat diatur :
* Dalam keadaan "ON" pada waktu beban maksimum
* dalam keadaan "OFF" pada waktu beban ringan
Hal ini dilakukan untuk mencegah terjadinya :
- Kenaikan tegangan pada saluran
- Faktor daya terdahulu yang berlebihan
Gambar 9
A
(a)
Vmaks
Vpu,pu
Dengan
kapasitor
Rating tegangan
Batas tegangan min
yang diijinkan
Tegangan
Primer
Vmin
Batas tegangan
maks yang diijinkan
Tanpa
kapasitor
Panjang saluran
(b)
IA
1,0 pu
Vmaks
Rating tegangan
Vpu,pu
Batas tegangan min
yang diijinkan
Teganga
n
Primer
Vmin
Dengan
kapasitor
Batas tegangan maks yang
diijinkan
Tanpa
kapasitor
Panjang saluran
IA
1,0 pu
(c)
Gambar 9: Dampak dari kapasitor fixed pada profil tegangan
(a) saluran dengan beban uniform
(b) pada beban berat
(c) pada beban ringan
Gambar: 10. Kurva waktu beban reaktip
2000
1900
1800
1700
1600
1500
1400
1300
1200
1100
1000
900
800
Kapasitor Switched
700
Gambar 10. Kurva waktu beban reaktip
600
500
400
300
Kapasitor Fixed
200
100
0
0
2
4
6
8
10 12
2
4
6
8 10 12
Jumlah kumulatif dari :
 Beban reaktip konsumen, misalnya ; lampu TL, peralatan rumah
tangga,
motor-motor listrik
 Daya reaktip yang diperlukan sistem, misalnya : transformator dan
regulator
Setelah diperoleh kurva tersebut, dapat ditentukan besarnya :
 Kapasitor Fixed (dalam gambar misalnya 600 kVAR)
 Sisanya bisa diperoleh dari generator atau Kapasitor yang dapat
diatur
(switched capacitor)
Kapasitor yang dapat diatur (switched capacitor)
 Kebanyakan menggunakan rule of thumb untuk menentukan
besarnya switched capacitors. Penambahan switched capacitors hingga :
kvar dari switched  fixed capacitors
 0,70
kvar dari beban puncak reaktip saluran
 Dari sudut pandang regulasi tegangan, kVAR yang diperlukan untuk
menaikkan tegangan pada ujung saluran ke harga maksimum yang
diijinkan pada beban minimum (25 % ari beban puncak) adalah
ukuran dari kapasitor Fixed yang hendaknya digunakan .
Dengan kata lain, jika lebih satu kapasitor bank yang dipasang,
ukuran setiap kapasitor bank pada tiap lokasi harus sama proporsinya,
kvar dari pusat beban kVA dari pusat beban

kvar dari total saluran kVA dari total saluran
Resultante kenaikan tegangan harus tidak melebihi susut tegangan beban ringan.
Nilai pendekatan dari persentase kenaikan tegangan dapat dihitung dari :
Q
% VR 
c, 3φ
xl
10 x V 2
L -L
%V
Dimana
% VR = persentase kenaikan tegangan
QC,3Φ = daya reaktip 3 fasa akibat kapasitor fixed yang dipasang, kvar
x = reaktansi saluran, Ω/mi
1 = panjang saluran dari saluran pengirim ke lokasi kapasitor fixed, mi
VL-L = tegangan fasa - fasa, kV
Tentu saja, persentase kenaikan tegangan dapat diperoleh dari :
% VR 
I
C
V
x l
%V
L-L
dimana
I
C

Q
C,3 φ
3 V
%V
L-L
= arus yang dikeluarkan oleh kapasitor fixed
Jika kapasitor fixed dipakai di ujung saluran dan persentase kenaikan
tegangan sudah ditentukan, maka besar kapasitor fixed adalah :
10 % VR  V 2
L -L
Max Q

C,3 φ
x l
kVAR
Rule of thumb untuk lokasi kapasitor fixed :
 Pada saluran dengan beban terdistribusi uniform adalah
kira-kira
2/3 jarak dari gardu induk ke ujung saluran.
 Untuk beban uniform menurun, kapasitor fixed dipasang
kira-kira
1/2 panjang saluran.
 Untuk kapasitor switched dipasang kira-kira 1/3 panjang
saluran dari gardu induk.
VII-5-2 TIPE PENGATURAN UNTUK
KAPASITOR SHUNT SWITCHED
Peralatan yang digunakan :
 Time-Switch Control
 Voltage Control
 Current Control
VII-6 JUSTIFIKASI EKONOMI UNTUK KAPASITOR
Secara umum keuntungan ekonomi yang dapat diambil dari pemasangan
kapasitor adalah :
 Kelebihan kapasitas generator.
 Kelebihan kapasitas transmisi.
 Kelebihan kapasitas gardu induk distribusi.
Keuntungan tambahan pada sistem distribusi :
* Mengurangi rugi-rugi enersi (tembaga)
* Mengurangi susut tegangan dan akibatnya memperbaiki regulasi tegangan
* Kelebihan kapasitas saluran
* Menunda atau menghapuskan pengeluaran akibat perbaikan atau perluasan
* Pendapatan bertambah akibat perbaikan tegangan