Laporan Perbaikan Faktor Daya [PDF]

Citation preview

PERBAIKAN FAKTOR DAYA



I.Tujuan 1.



Menentukan daya aktif, daya reaktif dan daya semu.



2.



Menggambarkan tiga komponen daya dalam segitiga daya beserta vektor diagram tegangan dan arus.



3.



Menentukan faktor daya ( cos π ).



4.



Menentukan faktor daya mendahului (leading) atau terbelakang (lagging)



5.



Merancang dan menetukan nilai kapasitansi kapasitor dan daya reaktif (VAR) kapasitor untuk perbaikan faktor daya



II.Teori dasar



Dalamsistemlistrik AC/ArusBolak-Balikadatigajenisdaya yang dikenal, khususnyauntukbeban yang memilikiimpedansi (Z), yaitu: • Dayasemu (S, VA, Volt Amper) • Dayaaktif (P, W, Watt) • Dayareaktif (Q, VAR, Volt AmperReaktif) Untuk rangkaian listrik AC, bentuk gelombang tegangan dan arus sinusoida, besar nya daya setiap saat tidak sama. Maka daya yang merupakan daya rata-rata diukur dengan satuan Watt, Daya ini membentuk energy 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 VoltAmpere (disingkat, VA), menyatakan kapasitas peralatan listrik, seperti yang tertera pada peralatan generator dan transformator. Pada suatu instalasi, khususnya di pabrik/industry juga terdapat beban tertentu seperti motor listrik, yang memerlukan bentuk lain dari daya, yaitu dayar eaktif (VAR) untuk membuat medan magnet atau dengan kata lain daya reaktif adalah daya yang terpakai sebagai energy pembangkitan flux magnetik sehingga timbul magnetisasi dan daya ini dikembalikan kesistem karena efek induksi elektromagnetik itu sendiri, sehingga daya ini sebenarnya merupakan beban (kebutuhan) pada suatu



sistim tenaga listrik. Faktor daya atau factor kerja adalah perbandingan antara daya aktif (watt) dengan daya semu/daya total (VA), atau cosines sudut antara daya aktif dan daya semu / daya total (lihat gambar 1). Daya reaktif yang tinggiakanmeningkatkansudutinidansebagaihasilnyafaktordayaakanmenjadilebihren dah. Faktordayaselalulebihkecilatausamadengansatu. Secarateoritis, jikaseluruhbebandaya yang dipasokolehperusahaanlistrikmemilikifaktordayasatu, makadayamaksimum yang ditransfersetaradengankapasitassistimpendistribusian. Sehingga, denganbeban yang terinduksidanjikafaktordayaberkisardari 0,2hingga 0,5, makakapasitasjaringandistribusilistrikmenjaditertekan. Jadi, dayareaktif (VAR) harusserendahmungkinuntukkeluaran kW yang samadalamrangkameminimalkankebutuhandaya total (VA). FaktorDaya / Faktorkerja menggambarkansudutphasaantaradayaaktifdandayase mu. Faktordaya yang rendahmerugikankarenamengakibatkanarusbebantinggi. Perbaikanfaktordayainimenggunakankapasitor. KapasitoruntukMemperbaikiFaktorDaya Faktordayadapatdiperbaikidenganmemasang kapasitorpengkoreksifaktordaya pa dasistimdistribusilistrik/instalasilistrik di pabrik/industri. Kapasitor bertindaksebagai pembangkitdayareaktif danolehkare nanyaakanmengurangijumlahdayareaktif, jugadayasemu yang dihasilkanolehbagianutilitas.



III.Alat dan Bahan yang Digunakan 1.



Amperemeter



1 buah



2.



Cosπ meter



1 buah



3.



Lampu pijar



2 buah



4.



Lampu TL 20 W



1 buah



5.



Lampu TL 40 W



1 buah



6.



Kapasitor



1 set



7.



Ballast 1H



1 set



8.



Kabel banana



10 buah



9.



Kabel jepit



5 buah



IV.Rangkaian Percobaan



Gambar 3 Rangkaian Percobaan Perbaikan Faktor Daya



V.Langkah Percobaan 1.



Buat konsep perhitungan untuk percobaan perbaikan faktor daya untuk beban lampu pijar (R), balast (L)dan lampu TL sebelum dan sesudah perbaikan faktor daya.



2.



Rangkailah komponen dan peralatan seperti Gambar 3.



3.



Pilih batas ukur ampermeter sesuai besarnya arus yang mengalir dalam rangkaian (lihat konsep perhitungan).



4.



Hubungkan rangkaian pada sumber tegangan 220 Volt



5.



Ukurlah arus dan faktor daya/cosπ pada masing masing komponen sesuai Tabel 1.



VI.Data Percobaan a.



Tabel 1 Hasil Pengukuran Percobaan Perbaikan Faktor Daya Beban



VS ( V )



I (A )



P (W )



Q (VAR)



S (VA)



Cos ϕ



R1



220



0,2



43,56



26,2



44



0,99 lead



R2



220



0,34



74,052



10,9



74,8



0,99 lead



TL



220



0,42



81, 78



43



92,4



0,87 lag



Balas



220



0,6



26,4



129,3



132



0,2 lag



TL//Balas



220



1,2



30,096



262,2



264



0,38 lag



R1//R2//TL



220



0,85



168,3



81,5



187



0,4 lag



R1//R2//Balas



220



0,9



138,6



141,4



198



0,7 lag



R1//R2//TL//Balas



220



1,3



183



219,7



286



0,64 lag



R1//R2//TL//C



220



0,73



152,57



50,1



160,6



0,95 lag



R1//R2//Balas//C



220



0,72



120,38



102,95



158,4



0,76 lag



R1//R2//TL//Balas//C



220



1,25



181,5



206,6



275



0,66 lag



b.



Tabel 2 Hasil Perhitungan Percobaan Perbaikan Faktor Daya Beban



VS ( V )



I (A )



P (W )



Q (VAR)



S (VA)



Cos ϕ



R1



220



0,18



40



0



39,6



1



R2



220



0,34



75



0



74,8



1



TL



220



0,22



40



29,04



48,4



36,87



Balas



220



TL//Balas



220



0,72



40



154



158,4



0,25



R1//R2//TL



220



0,43



75



56,5



93,9



0,8



R1//R2//Balas



220



0,8



75



159,16



175,95



0,43



R1//R2//TL//Balas



220



0,7



75



144,5



162,85



0,4



R1//R2//TL//C



220



0,43



75



57,6



94,6



0,77



R1//R2//Balas//C



220



R1//R2//TL//Balas//C



220



149,9



167,65



0,4



75 0,76



75



Perhitungan Diketahui:



V = 220V P1 = 40W P2 = 75W TL = 40W L = 1H C = 1µF



a. R1



b. R2



c. TL



P1 = 40 W Cosθ = 1 Vs = 220V



P1 = 75 W Cosθ = 1 Vs = 220V



P1 = 40 W 𝑉 2 = 40



P1 = 75 𝑊 𝑉 2 = 75



𝑅1



𝑅1



P = V. I. cosθ 40 = 220. I. 0,8 I=



R1 = 2202 40



R1 = 2202 75



R = 1210 Ω



R = 645,33 Ω



Vs . I = 40 I = 40



Vs . I = 75 I = 75



220



220



I = 0,18 A



I = 0,34 A



S = V.I



S = V. I



= 220. 0,18 = 39,6VA



40 220.0,8



= 0,22A S = V. I = 220. 0,22 = 48,4 VA θ = 𝑐𝑜𝑠 −1 0,8 = 36,87 ̊ Q = V. I. sin36,87 ̊



= 220. 0,34



= 220. 0,22. 0,6



= 74,8VA



= 29,04 VAR



e. R1 // R2 // Balast



d. Ballast // TL



XL



1



=



√( 1 ) 2 + ( 1 ) 2 1210 314,16



=



= 220 = 0,72A 304,08 S = V.I = 220. 0,72 = 158,4VA P = 𝑉2 ZT



= 2202 = 40W 1210



Q = 𝑉2 XL



= 2202 = 154VAR 314,16



Cosθ = 𝑃 𝑆 = 40 = 0,25 158,4



√( 1 )2 + ( 1 )2 +( 1 )2 R2 R1 R 1



= 1



√(



= 304,08Ω IT = 𝑉 ZT



1



ZT =



√( 1 )2 + ( 1 )2 +( 1 )2 R2 R1 XL



√( 1 )2 + ( 1 )2 R1



1



ZT =



1



ZT =



f. R1// R2 // TL



1 1 1 )2 + (1210)2 +(314,16)2 645,33



= 275,07 Ω



√(



1 1 2 1 2 )2 + ( ) +( ) 645,33 1210 1210



= 515,21 Ω IT = 𝑉 ZT



IT = 𝑉 ZT = 220 = 0,8 A 275,07



= 220 = 0,43A 515,21 S = V.I



S = V.I



= 220. 0,4 = 93,9VA



= 220. 0,8 = 175,95 VA



P = 𝑉2



P = 𝑉2



R



R



= 2202 = 75 W



= 2202 = 75 W 645,33



Q = √𝑆 2 − 𝑃 2



Q = √𝑆 2 − 𝑃 2



= √93,92 − 752 = 56,5 VAR



= √175,952 − 752 = 159,16 VAR Cosθ = 𝑃 𝑆 =



645,33



75 175,95



= 0,43



Cosθ = 𝑃 𝑆 = 75 = 0,8 93,9



g.



R1 // R2 // Ballast // TL



ZT =



1



h. R1 // R2 // TL //C 1



ZT =



√( 1 )2 + ( 1 )2 +( 1 − 1 )2 R2 R1 XL XC



√( 1 )2 + ( 1 )2 +( 1 )2 +( 1 )2 R2 R1 R XC



1



= √(



1



1 1 2 1 1 )2 + ( ) +( − )2 645,33 1210 314,16 3183,09



= 297,2 Ω



√(



1 1 2 1 2 1 )2 + ( ) +( ) +(3183,09)2 645,33 1210 1210



= 508,59 Ω



IT = 𝑉 ZT



IT = 𝑉 ZT



= 220 297,2



= 220 = 0,43 A 508,59



= 0,7A



S = V.I



S = V.I



= 220. 0,43 = 94,6 VA



= 220. 0,7 = 162,85 VA P = 𝑉2



P = 𝑉2 R



R



= 2202 = 75 W



= 2202 = 75 W



645,3



645,3



Q = √𝑆 2 − 𝑃 2



Q = √𝑆 2 − 𝑃 2



= √94,62 − 752



= √162,852 − 752 = 144,5 VAR Cosθ = 𝑃 𝑆



=



=



75 162,85



= 0,4



= 57,6 VAR Cosθ = 𝑃 𝑆 = 75 = 0,77 94,6



i. R1 // R2 // TL //C // Ballast 1



ZT =



√( 1 )2 + ( 1 )2 +( 1 )2 +( 1 − 1 )2 R2 R1 𝑅 XL XC



= 1 √(



1 1 1 1 1 )2 + (1210)2 +(1210)2 +(314,16−3183,09)2 645,33



= 288,69 Ω IT = 𝑉 ZT = 220 = 0,76A 288,69 S = V.I = 220. 0,76 = 167,65 VA P = 𝑉2 R



= 2202 645,33



= 75 W Q = √𝑆 2 − 𝑃 2 = √167,652 − 752 = 149,9 VAR Cosθ = 𝑃 𝑆 =



75 167,65



= 0,44



VII.Pertanyaan 1.



Bandingkan hasil perhitungan dengan hasil pengukuran yang meliputi arus, daya nyata, daya reaktif dan daya semu, berikan komentarnya. Salah satu contoh hasil perbandingan: Hasil Pengukuran Beban



VS ( V )



I (A )



P (W )



Q (VAR)



S (VA)



Cos ϕ



R1//R2//TL



220



0,85



168,3



81,5



187



0,9 lag



R1//R2//TL//C



220



0,73



152,57



50,1



160,6



0,95 lag



Beban



VS ( V )



I (A )



P (W )



Q (VAR)



S (VA)



Cos ϕ



R1//R2//TL



220



0,43



75



56,5



93,9



0,8



R1//R2//TL//C



220



0,43



75



57,6



94,6



0,77



Hasil Perhitungan



Bahwa setelah kami menganalisa perbandingan antara hasil percobaan dengan hasil pengukuran maka ditemukan bahwa hasil pengukuran memiliki nilai yang lebih besar dari hasil perhitungan dikarenakan daya nyata pada hasil pengukuran dan hasil perhitungan berbeda sehingga arus pada perhitungan lebih kecil dari pada arus pada pengukuran, serta menyebabkan nilai cos phi berbeda.



2. daya .



Gambarkan vektor diagram segitiga daya sebelum dan sesudah perbaikan faktor



3.



Suatu sumber tegangan 220 Vac terhubung dengan beban pemanas 6,4 kW, 12x60 W lampu pijar dan motor listrik 5 HP, η = 82%, PF = 0,7, hitunglah: a)



Total daya nyata, daya reaktif dan daya semu.



b)



Arus total IT.



c)



Cosπ total



d)



Jika diinginkan faktor daya 0,95 berapa nilai kapasitor yang dibutuhkan dan KVARnya. P1 = 6,4 KW  6400 W = S1 ,Q1 = 0 VAR P2 = 12 x 60 W = 720 W = S2 ,Q2 = 0 VAR P3 = 5×746 = 4548,8 W  S3 = 𝑃3 = 4548,8 = 6498,3 VA , 0,82 0,7 0,7 Q3 = √𝑆32 − 𝑃32 = √6498,3 2 − 4548,82 = 4640,7 VAR Pt1 = P1+P2+P3 = 6400+720+4548,8 = 11.668,8 W Qt1 = Q1+Q2+Q3 = 0+0+4640,7 = 4640,7 VAR St1 = √𝑃32 + 𝑄32 = √4548,8 2 + 4640,7 2 = 12.557,75 VA b. Itotal =



St1 220



= 12.557,75 = 57,08 A 220



c. Cosφ total = Pt1 = St1



11.668,8



= 0,93



12557,75



d. QC pada saat Cosφ = 0,95  Stotal2 =



Pt1 0,95



= 11668,8 = 12.282,95 VA 0,95



 Qtotal2 = √𝑆𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙22 − 𝑃𝑡12 = √ 12.282,95 2 − 4548,82 = 3835,36 VAR  QC = Qt1 – Qt2 = 4640,7 - 3835,36 = 805,34 VAR = 0,8 KVAR



4.



Buatlah analisis dan kesimpulan dari hasil percobaan.



Analisis dari Percobaan diatas dengan menggunakan cosPhi meter yaitu 1. Jika percobaan menggunakan beban resistif maka penunjukkan angka akan mendekati angka 1 sehingga daya yang dihasilkan mendekati daya sempurna 2. Jika percobaan menggunakan beban induktif seperti Induktor maka akan menjauhi 1 dan bersifat leading 3. Jika percobaan menggunakan beban kapasitif maka cosphi akan legging 4. Jika beban total menggunakan beban resistif dan kapasitif maka beban akan legging ini dikarenakan beban kapasitif lebih besar ketimbang beban resistif. 5. Jika beban Resistif dan induktif adalah beban total maka beban akan legging karena resistif lebih besar ketimbang kapasitif Kesimpulan 1. Dari data percobaan yang telah dilakukan kenaikan arus oleh ballast akan terjadi dalam selang waktu beberapa detik lalu turun semula 2. Beban total R-L-C-Ballast maka beban akan menjadi Legging yang menyebabkan beban kurang sesuai dengan yang ditentukan



LAPORAN TEKNIK PENGUKURAN 2



Daya Aktif, Daya Semu dan Daya Nyata Jurusan Teknik Elektro – Program Studi D-IV Sistem Kelistrikan Politeknik Negeri Malang



Oleh : 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.



Abdul Ghofur Bangkit Restu Hanif Triantana M. Darajabasyah Ony Ramadhan Rani Zafira R Yusriel Yahya WL



( 1641150122 / D4 Sistem Kelistrikan 2A ) ( 1641150116 / D4 Sistem Kelistrikan 2A ) ( 1641150113 / D4 Sistem Kelistrikan 2A ) ( 1641150093 / D4 Sistem Kelistrikan 2A ) ( 1641150073 / D4 Sistem Kelistrikan 2A ) ( 1641150002 / D4 Sistem Kelistrikan 2A ) ( 1641150033 / D4 Sistem Kelistrikan 2A )



TEKNIK ELEKTRO D-IV SISTEM KELISTRIKAN POLITEKNIK NEGERI MALANG TAHUN 2017