Pengertian Umum Kapasitor Bank Tegangan Menengah (Medium Voltage)

          Menanggapi banyaknya pertanyaan dan permintaan dari pengunjung blog ini serta adanya kesempatan waktu yang Allah berikan kepada penulis, maka pada bulan Juni tahun 2014 ini penulis akan membahas tentang kapasitor bank tegangan menengah (medium voltage) atau biasa disebut kapasitor MV.

          Pada pokok bahasan kapasitor bank MV ini yang akan kita bahas antara lain adalah pengertian umum kapasitor MV, keuntungan kompensasi peningkatan faktor daya, perhtungan daya terpasang, evaluasi ekonomis dari kompensasi peningkatan faktor daya, tempat pemasangan kapasitor MV, kompensasi tegangan menengah (MV), kompensasi tegangan menengah (MV) untuk motor, kompensasi untuk transformator tegangan menengah (MV), pengendalian kapasitor MV, proteksi dan layout kapasitor MV, ukuran kapasitor MV ketika hadirnya arus harmonik, definisi unit kapasitor MV, tampilan dan karakteristik kapasitor MV, standard perakitan dan mode penyambungan kapasitor MV, pemilihan kapasitor MV, dan dimensi kapasitor MV. Tetapi untuk pertemuan perdana pada pokok bahasan ini kita akan membahas lebih dahulu sub pokok bahasan yang pertama yaitu pengertian umum kapasitor MV.

Kapasitor Bank Tegangan Menengah (Medium Voltage)

          Kapasitor Bank Tegangan Menengah (MV) yang biasa digunakan untuk mengkompensasi konsumsi daya reaktif, pada umumnya dipasang di gardu tegangan menengah (MV). Kompensasi faktor daya atau peningkatan faktor daya dapat dibenarkan dan tidak melanggar aturan oleh karena akan mendapatkan keuntungan baik secara ekonomis maupun secara teknis antara lain sebagai berikut :

- Pengurangan tagihan listrik yang harus dibayarkan kepada penyedia listrik (PLN),

- Perbaikan jaringan (transformator, motor-motor, kabel, pemutus dan pengaman rangkaian, dan sebagainya).

Daya Reaktif

          Semua mesin listrik (motor dan transformator) mengkonsumsi daya listrik AC, daya listrik AC yang digunakan saat ini ada dua jenis daya yaitu daya aktif dan daya reaktif. Hanya daya aktif (kw) yang diubah menjadi tenaga mekanik dan panas. Sedangkan daya reaktif (kvar) digunakan untuk menarik inti dari mesin listrik (transformator dan motor), yang memungkinkan mereka untuk beroperasi. Konsekuensi teknis aliran daya reaktif sangat mempengaruhi pemilihan peralatan dan operasi jaringan, dan juga membawa konsekuensi ekonomis. Aliran daya reaktif pada jaringan transmisi dan distribusi dapat menyebabkan:

- Terjadinya beban lebih pada transformator

- Terjadinya drop tegangan pada saluran akhir

- Terjadinya kenaikan suhu pada kabel saluran, yang menghasilkan kerugian daya aktif

- Terjadinya oversizing perlindungan beban akibat arus harmonik.

          Itulah 4 alasan mendasar perlunya mengatasi daya reaktif pada motor dan transformator walupun sekecil mungkin, dan itulah sebabnya mengapa kapasitor bank banyak digunakan sebagai pembangkit daya reaktif.

Konsumsi dan produksi daya reaktif oleh komponen jaringan

          Jaringan listrik ditandai dengan adanya resistensi, induktansi (reaktor) dan kapasitansi :

- Resistensi R merupakan komponen yang mengubah daya listrik secara langsung dan ireversibel menjadi panas

- Induktansi L merupakan komponen yang mengubah tenaga listrik menjadi tenaga mekanik atau ke daya listrik jenis lain, dengan sarana medan magnet yang dihasilkan oleh arus listrik.

- Kapasitansi C merupakan komponen yang paling sering menghasilkan daya reaktif.

Mesin sinkron

          Mesin sinkron biasa digunakan sebagai generator (pembangkit daya aktif) yang mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Jika digunakan sebagai motor dan jika eksitasinya bervariasi mesin sinkron dapat menghasilkan daya reaktif. Dalam beberapa kasus, mesin sinkron yang tidak dapat memasok daya aktif, biasanya digunakan sebagai fase konverter sinkron dan sebagai perangkat modulasi walaupun agak jarang.

Mesin asinkron

          Mesin asinkron berbeda dengan mesin sinkron yang telah dijelaskan di atas,  dalam hal ini mesin asinkron menarik daya reaktif yang mereka butuhkan dari jaringan, dengan kekuatan sekitar 25% s/d 35% dari daya aktif pada beban penuh, apalagi pada beban parsial. Motor Asinkron bersifat universal dan merupakan konsumen utama dari daya reaktif yang dihasilkan oleh jaringan listrik industrial.

Saluran dan kabel

          Karakteristik L dan C saluran udara dengan kabel telanjang adalah sedemikian rupa sehingga mengkonsumsi daya reaktif pada beban penuh. Namun, saluran udara dengan kabel berisolasi memiliki capasitas 15 s/d 20 kali dari capasitas saluran udara kabel telanjang. Perkiraan nilai rata-rata reaktansi dan kapasitansi saluran udara dengan kabel telanjang pada tiang tunggal tegangan  menengah (MV) adalah :

X = 0.15 Ohm / Km

C = 0,3 s/d 0,5 uF / Km

Transformator

          Transformator merupakan mesin listrik yang mengkonsumsi daya reaktif sekitar 5% s/d 10% dari daya semu yang mengalir melalui transformator tersebut.

Induktor

          Induktor merupakan reaktor yang hanya mengkonsumsi daya reaktif,  seperti halnya pada induktor tegnagang tinggi (HV) dan induktor stabilisasi (tungku busur, lampu neon, dll).

Konverter statis

          Semua rectifier dan konverter baik yang statis maupun dinamis merupakan perangkat atau komponen listrik yang mengkonsumsi daya reaktif.

Kapasitor

          Kapasitor menghasilkan daya reaktif pada tingkat yang sangat tinggi, itulah sebabnya kapasitor digunakan untuk aplikasi peningkatan faktor daya (cos phi).

Definisi Segitiga Daya

Daya aktif     P = U.I.Cos φ dalam Watt

Daya reaktif Q = U.I.Sin φ dalam VAR

Daya semu  S = U.I dalam VA

                         = √P² + Q²

          Untuk kapasitor tiga fasa, ketiga daya tersebut harus dikalikan denga √3. Gambar 1 di bawah ini menunjukkan hubungan ketiga daya tersebut. Daya dalam gambar tersebut dapat diubah menjadi arus (dengan membagi daya dengan tegangan P/V). Setiap daya aktif dan reaktif memiliki arus aktif dan reaktif yang sesuai (arus magnetizing). Arus aktif dan reaktif ditambahkan untuk menghasilkan arus nyata, yang merupakan arus yang melalui line (jaringan) dari sumber ke beban.

It = arus total (yang mengalir dalam konduktor)

Ia = arus aktif yang diubah menjadi tenaga mekanik atau panas

Ir = arus reaktif yang diperlukan untuk eksitasi magnet beban

It = √Ia² + Ir²

Ia = It . Cos φ

Ir = It. Sin φ

          Cos φ atau yang disebut faktor daya, adalah daya aktif (KW) dibagi dengan daya yang dikonsumsi (KVA). Sebuah cos φ yang baik akan mengoptimalkan kinerja transformator dan line (jaringan). Optimasi tersebut akan meningkatkan cos φ cenderung mendekati nilai 1.

Gambar 1. Segitiga Daya