Penyebab Faktor Daya Rendah

Penyebab Faktor Daya Rendah - Penyebab utama Faktor Daya suatu sistim jaringan listrik mejadi rendah adalah beban induktif . Pada sebuah rangakaian induktif murni , arus akan tertinggal sebesar 90 ° terhadap tegangan , perbedaan yang besar pada sudut fase antara arus dan tegangan ini akan menyebabkan faktor daya mendekati nilai nol . 

Umumnya  , semua rangkaian listrik memiliki sifat Kapasitansi dan Induktansi ( kecuali rangkaian resonanasi atau rangkaian tuning dimana reaktansi induktif = reaktansi kapasitif ( Xc = XL ) , sehingga rangkaian menjadi bersifat resistif ) , karena sifat Kapasitansi dan Induktansi beban pada sebuah rangkaian listrik akan menyebabkan perbedaan sudut fase ( θ ) antara arus dan tegangan sehingga menimbulkan faktor daya , sehingga menimbulkan beberapa kerugian seperti yang telah kita bahas sebelumnya, kerugian akibat rendahnya Faktor Daya (power factor) .

Berikut ini adalah beberapas sumber yang menyebabkan rendahnya faktor daya (power faktor) pada sistim jaringan listrik :

1. Motor Induksi Satu Phasa atau Tiga Phasa,umumnya motor induksi baik yang satu phasa maupun tiga phasa memiliki faktor daya yang rendah yaitu , ketika berbBeban penuh , Power Faktor = 0,8 -0.85 , dan ketika dibebani rendah (tanpa beban) berkisar pada  0.2 -0.3
2. Variasi besar kecilnya beban pada jaringan sistem tenaga listrik . Pada periode beban rendah , tegangan suplai meningkat yang meningkatkan arus magnetizing yang menyebabkan faktor daya menurun
3. Tungku pembakaran/pemanas pada industri
4. Lampu penerangan yang memanfaatkan gas neon
5. Transformer
6. Arus Harmonic

Read more »

Percent Impedance (Persen Impedansi) Transformator

Percent Impedance (Persen Impedansi) Transformator - Impedansi transformator merupakan total jumlah keseluruhan perlawanan terhadap arus AC didalam sebuah peraltan mesin listrik. Untuk menetahui nilai Impedansi sebuah  transformator dapat dilakukan dengan metode sederhana tanpa harus menelaah impedansi pada masing - masing belitan didalam transformator tersebut. Cara untuk mendapatkan nilai impedansi sebuah transformator adalah dengan menghubungsingkatkan (short circuit) pada salah satu sisi transformator dan meinjeksi tegangan pada sisi yang lainnya dalam jangka waktu singkat. Dengan keadaan salah satu sisi belitan terhubung singkat, maka akan mengalir arus beban penuh sesuai dengan rating transformator tersebut. Nilai tegangan yang diterapkan pada salah satu sisi transformator untuk mendapatkan aliran arus beban penuh tersebut kita kenal sebagai tegangan impedansi transformator (Voltage Impedance).

Nilai impedansi sebuah tranformator umumnya dicantumkan pada name plate transformator itu sendiri dalam satuan persen (%) , misalnya 2% , 3% dst. Pengertian nilai tersebut adalah , bahwa drop tegangan yang timbul karena impedansi adalah sekian persen dari tegangan yang diterapkan. Sebagai contoh, sebuah transformator dengan rasio 2.400 / 240 volt memiliki persen impedansi (Z%) sesuai name plate sebesar 3%, maka drop tegangan pada transformator tersebut adalah :

V_drop = V x Z(%)  ,

V_drop = 2400 x 3/100

V_drop = 72 V

Dari hasil perhitungan diatas didapat nilai voltage drop adalah sebesar 72V, hal ini berarti akan ada penurunan tegangan sebesar 72-volt disisi belitan tegangan tinggi yang ditimbulkan karena rugi - rugi pada belitan dan intri transformator ketika transformator tersebut dibebani penuh.

Kembali ke penjelasan awal, metode pengujian dengan menghubungsingkatkan salah satu sisi  tranformator dan menerapkan suplay tegangan dengan nilai tertentu  pada sisi yang lain hingga arus beban penuh mengalir merupakan metode untuk mencari drop tegangan ketika sebuah tranformator tersebut dibebani penuh. Nilai voltage drop sebesar 72 V yang telah didapat dari hasil perhitungan diatas merupakan nilai tegangan yang didapat apabila transformator 2400/240 volt diuji dengan metode tersebut. Sehingga persen impedansi yang tertera diname plate transformator 2.400/240 V , merupakan hasil pengujian yang dibagi terhadap tegangan transformator dikali dengan 100%,  sbb :

Z(%) = ( V_drop/ V ) x 100 %

Z(%) = (72 / 2400 ) x 100 %

Z(%) = 3%

Dari nilai persen impedansi sebesar 3% tersebut, hanya 1% - 2% yang merupakan nilai yang ditimbulkan oleh nilai impedansi pada inti transformator (rugi - rugi inti) , sisanya sebesar 98% lebih disebabkan karena impedansi yang timbul pada belitan tranformator itu sendiri (rugi - rugi belitan). Untuk operasional yang aman, tranformator jarang dioperasikan degan beban penuh (100% rating) , sehingga drop teganganpun menjadi rendah.

Untuk mengetahui berapa nilai sebenarnya dari persen impedansi transformator tersebut, dapat dilakukan dengan perhitungan sbb :

Z = V_drop/ I

Z = 72 / 100 A

Z = 0.02 ohm

Nilai arus sebesar 100 A,  didapat dari nilai pengukuran arus beban penuh yang ketika dilakukan metode pengujian dimana salah satu sisi transformator dihubung singkat. Atau bisa dilihat dari name plate transformator itu sendiri, dimana disana dicantumkan nilai arus saat beban penuh.

Perlu dingat,  impedansi merupakan penjumlahan nilai resistif dan reaktif suatu komponen, sehingga nilai impedansi yang didapat diatas (0,72 ohm) terdiri dari unsur resitif dan reaktif.

Read more »

Rating ( kapasitas ) Transformator

Rating ( kapasitas ) Transformator - Kapasitas ( rating ) dari sebuah transformator dibatasi oleh besarnya suhu atau temperatur operasional transformator tersebut yang masih dapat ditolerir oleh bahan isolasinya. Kapasitas sebuah tranformator dapat ditingkatkan dengan cara mengurangi rugi - rugi yang terjadi pada inti dan belitan tembaga pada transformator tersebut. Dengan meningkatkan laju pembuangan panas ( pendinginan ) , atau dengan meningkatkan kekuatan isolasi transformator sehingga akan dapat menahan suhu yang lebih tinggi , kapasitas sebuah tranformator dapat ditingkatkan.

Transformator dengan ukuran yang lebih besar dapat membuang lebih banyak panas , karena daerah untuk pendinginan lebih luas  serta volume minyak pendingin lebih banyak. Ketahanan sebuah transformator terletak pada isolasi kertas yang digunakan untuk mengisolasi belitan didalamnya, dan ketahanan isolasi kertas pada belitan tersebut akan mengalami degradasi disuhu sekitar 100 ° C.   Hal ini berarti bahwa  sebuah transformator sebaiknya dioperasikan dengan suhu terpanasnya lebih rendah (lebih dingin) dari suhu degradasi ini , atau bila dipaksakan diatasnya akan menyebabkan umur pakai transformator tersebut berkurang . Reklamasi (overhaul Transformator) yang meliputi purifikasi minyak , penggantian minyak transformator, gasket dll  diperlukan untuk membantu dan meningkatkan umur operasional transformator.

Rating transformator dapat diperoleh dengan mengalikan arus kali tegangan  ( V x I ). Transformator kecil dinilai dalam " VA , " volt kali ampere . Dengan meningkatnya kapasitas , biasanya dibaca dalam kVA ( kilovoltampere ) dan kapasitsa yang lebih besar ditulis dalam MVA (megavoltampere ) .

Mengenai penjelasan lebih detail terkait kapasitas Trasnformator silahkan baca artikel Kapasitas transformator dan kemampuan beban yang disuplaynya . Pada artikel tersebut dijelaskan juga pengaruh faktor daya beban terhadap kapasitas transformator.

Read more »

ESD - Electro Static Discharge -Electrostatic Sensitive Devices

ESD - Electro Static Discharge - Electrostatic Sensitive Devices - Gambar disebelah sering kita lihat diperalatan electronic/instrumentasi atau print card electronic yang memberi peringatan tentang bahaya electrostatic (listrik statis) dapat merusak peralatan tersebut. ESD sering dartikan sebagai Electro Static Discharge bila dilihat dari fenomena listrik statis yang ditimbulkan atau ESD dapat juga sebagai Electrostatic Sensitive Devices yang berarti peralatan yang sensitif atau dapat rusak karena Electro Static (listrik statis). 

Dengan perkembangan teknologi elektronik dan meningkatnya pemanfaatannya, baik dirumah tangga dan terutama didunia industri (pemanfaatan elektronika daya),  masalah kerusakan peralatan lebih banyak disebabkan karena Electro Static Discharge atau (ESD) . Umunya kerusakan komponen peralatan industri yang menggunakan rangkaian elektronik seperti variabel speed, PLC , sensor dll  disebabkan oleh ESD , komponen tersebut telah terkena tingkat tegangan sangat tinggi. Hal ini dikarenakan komponen - komponen  tersebut jauh lebih sensitif dan semakin kompak/kecil dikarenakan sistim yang terintegrasi , yang berarti lebih banyak fungsi dalam sebuah chip , sehingga jarak antara konduktor menurun dan karena itu jarak isolasi akan semakin dekat (kurang dari 0.002 mm).

Pelepasan muatan listrik statis (ESD - Electro Static Discharge) dapat terjadi dikarenakan hal sebagai berikut :

• Menggosok - gosokan dua permukaan material satu sama lain. 
• Pemisahan dua permukaan maerial satu sama lain , misalnya saat melepas penutup plastik dari isinya . 
• Induksi disebabkan oleh listrik statis tanpa kontak material. 

Kerusakan diakibatkan oleh ESD dapat dibagi menjadi dua kelompok ,yaitu : kerusakan langsung dan cacat laten . Kerusakan langsung cukup mudah untuk dideteksi karena komponen tidak akan bekerja sama sekali dan tidak akan bisa melewati QC/QA dipabrik sebelum dikirim kekonsumen.  Sedangkan cacat laten bisa sangat sulit untuk teridentifikasi karena komponen tersebut masih bekerja sesuai fungsinya sehingga lolos dari QA/QC di pabrikan, namun penggunaannya dilapangan tidak handal dan umur pakainya lebih pendek sehingga tentu saja kerugian ditanggung oleh pihak konsumen.

Contoh kerusakan yang ditimbulkan oleh ESD pada peralatan digital adalah : 

• Kondisi logika " Satu ( 1 ) " menjadi " Nol  (0) " dan " Nol ( 0 )" menjadi " Satu ( 1 )" tanpa sebab. 
• Tidak ada " Satu ( 1 ) " atau " Nol  (0) " sama sekali ( rangkaian mati) . 

Sedangkan contoh kerusakan yang ditimbulkan oleh ESD pada peralatan Analog adalah : 

• Akurasi pengukuran berkurang
• Tingkat tegangan salah sehingga memerlukan penyesuaian (adjustment)
• Kerusakan fungsi

Level tegangan statis 

Umumnya level tegangan antara 100-500 V dapat merusak komponen elektronik. Untuk komponen elektronik yang sangat sensitif , hanya dapat bertahan pada level tegangan antara 25-170 V.  Pada peralatan elektronik , ketika kita mendengar bunyi " klik " saat menyentuhnya bisa jadi ketika itu telah terjadi fenomena ESD. Dan ketika fenomena ESD tersebut terjadi, kemungkinan listrik statis yang timbul dapat mencapai level tegangan setidaknya 3,5 kV . Percikan api kecil ketika memegang atau menyentuh peralatan elektronik juga merupakan fenomena ESD dengan level tegangan listrik statis setidaknya 10 kV . 

Berikut beberapa nilai level tegangan statis yang timbul saat fenomena ESD terjadi : 

• Berjalan di atas karpet  : 10 - 20 kV 
• Berjalan di lantai plastik ( PVC ) : 2 - 5 kV 
• Berjalan di lantai anti - statis : 0-2 kV 
• Mengangkat kertas dari meja : 5 - 35 kV 
• Bangkit dari kursi : 10 -25 kV 

Perlindungan terhadap kerusakan ESD 

Sangat penting untuk mengurangi risiko terjadinya fenomena ESD pada peralatan elektronik. Hindarilah segala sesuatu yang dapat menimbulkan fenomena ESD ketika kita memperbaiki atau melaukan pemeliharran pada peralatan elektronik. Untuk meminimalisasi terjadinya fenomena ESD ketika bekerja dengan peralatan elektronik , dapat dilakukan beberapa hal , sbb :

• Selalu menggunakan gelang tangan yang terhubung ke ground ketika bekerja dengan komponen listrik 
• Selalu gunakan kotak / bungkus yang sesuai (ESD Protected bags) ketika menyimpan peralatan elektronic.
• Menghubungkan semua mesin dan peralatan ke ground.
• Menjaga level kelembaban udara disekeliling peralatan

Kelengkapan peralatan dan asesoris untuk mengindari terjadinya gejala ESD, dapat dilihat pada gambar dibawah ini :

Sumber : Tulisan diatas disadur dari dokumen  
ABB Automation Technology Products AB, Control ;
Nasa , Academy of Aerospace Quality (AQQ) .
Semoga bermanfaat .

Read more »

Kerugian akibat Rendahnya Faktor Daya (Power Faktor)

Kerugian akibat Rendahnya Faktor Daya (Power Faktor) - Power Faktor (faktor daya) merupakan hal yang penting dalam sebuah jaringan tenaga listrik AC baik jaringan tiga phasa maupun jaringan satu phasa. Kerugian akibat rendahnya Faktor Daya dapat dijelaskan dengan nilai arus yang mengalir pada jaringan tersebut dengan menggunakan persamaan perhitungan Daya baik yang tiga phasa maupun 1 phasa , sbb :

Untuk 3 phasa :

P = √3 V x I CosФ ,  sehingga I = P / ( √3 V x CosФ ) , sehingg dapat dikatakan bahwa I ∝ 1/CosФ , yaitu : I (arus) berbanding terbalik terhadap CosФ.

Sedangkan untuk 1 phasa :

P =  V x I CosФ ,  sehingga I = P / ( V x CosФ ) , sehingga dapat dikatakan bahwa I ∝ 1/CosФ , yaitu : I (arus) berbanding terbalik terhadap CosФ.

Dari kedua persamaan diatas, jelas terlihat bahwa arus (I) berbanding terbalik dengan CosФ , yang merupakan faktor daya. Sehingga apabila faktor daya meningkat maka arus menjadi turun, dan sebaliknya apabila faktor daya rendah, arus yang mengalir akan menjadi tinggi.

Dari penjelasan diatas, terlihat bahwa faktor daya rendah mengakibatkan arus (I) yang mengalir pada sistim jaringan tenaga listrik tersebut mengalami kenaikan, dan kenaikan arus mengakibatkan kerugian - kerugian pada jaringan itu sendiri, sbb :

1 ) Kerugian pada jalur penghantar  ( Rugi Tembaga )

Pada sebuah penghantar , kerugian yang timbul akibat arus yang mengalir adalah berbanding lurus dengan nilai arus pangkat 2 ( I²) . Sehingga rugi - rugi daya pada penghanar tersebut menjadi :

Rugi daya = I²xR  : yaitu , semakin besar arus yang mengalir pada penghantar tersebut , semakin besar kerugian (losses daya) pada jaringan tersebut.

Dengan kata lain,

Power Loss = I²xR ;dari penjelasan diats telah dinyatakan bahwa I = 1/CosФ, sehingga I² = 1/CosФ².

Jadi, jika faktor daya = 0,8 , maka kerugian atas faktor daya ini adalah = 1/CosФ² = 1 / 0,82 = 1,56 , sehingga kerugian yang ditimbulkan adalah 1,56 kali dibanding bila faktor daya jaringan tersebut 1.

2 ) Besarnya rating kVA yang dibutuhkan untuk sebuah peralatan yang akan digunakan

Seperti yang kita tahu bahwa hampir semua peralatan mesin Listrik ( Transformer , Alternator  dll ) dihitung dalam satuan kVA . Sedangkan Faktor daya merupakan perbandingan antara daya nyata (aktif - P = kW) dengan daya semu (S =kVA) , yaitu :

CosФ = P / S  =  kW / kVA

Sehingga , semakin rendah  faktor daya , semakin besar rating kVA sebuah peralatan mesin listrik tersebut , dan semakin besar rating kVA sebuah mesin , semakin besar pula ukuran mesin dan semakin besar mesin semakin besar biaya pengadaannya dan perawatannya.

3 ) Ukuran Penghantar

Ketika faktor daya rendah , arus yang mengalir akan meningkat , dengan demikian , untuk mengalirkan arus yang besar dibutuhkan ukuran penghantar konduktor yang lebih besar dan semakin besar penghantar atau konduktor akan semakin besar biaya yang dibutuhkan untuk pengadaannya.

4 ) Voltage Drop (Tegangan Jatuh) dan jeleknya regulasi tegangan (V_R)

Tegangan jatuh (Voltage Drop) disepanjang penghantar dapat dihitung dengan menggunakan persamaan , Tegangan Jatuh (Voltage Drop)= V = IZ .

Pada kondisi  Faktor Daya rendah , arus yang mengalir akan meningkat . Sehingga dari persamaan  (V = IZ ),  Tegangan Jatuh pada penghantar akan mejadi lebih besar.

Pengaruh dari Voltage Drop, akan mengakibatkan buruknya nilai regulasi  tegangan (Voltage Regulation = V_R) pada sistim, yang dapat dijelaskan dengan persamaan Voltage Drop (V_R) sebagai berikut :

Voltage Regulasi (V_R)  = ( V_{NL-No Load} - V_{FL-Full Load} ) / V_{FL-Full Load}

Ketika faktor daya bernilai rendah , tegangan drop akan menjadi besar , sehingga nilai tegangan diujung penerima menjadi kecil bila dibandingkan dengan Tegangan diujung pengirim. Dan akan semakin besr selisihnya apabila dibandingkan dengan nilai tegangan disii pengirim ketika pada kondisi tanpa beban, dimana arus tidak ada yang mengalir. 

Dari persaman Voltage Regulasi diatas, dengan rendahnya faktor daya , maka voltage drop akan semakin besar dan akan menyebabkan Voltage Regulsai menjadi tinggi. Beberapa peralatan listrik,  ada yang membutuhkan nilai voltage regulasi yang rendah sehingga, dengan kondisi faktor daya yang rendah, maka operasional alat akan menjadi terganggu. Biasanya, untuk menjaga penurunan tegangan dalam batas tertentu , perlu menginstal peralatan regulasi ekstra yaitu regulator Voltage, yang tentu saja membutuhkan biaya tambahan.

5 ) Efisiensi Rendah

Dalam kasus rendahnya Faktor Daya , akan ada drop tegangan yang cukup besar dan kerugian disepanjang penghantar dan hal ini akan menyebabkan sistem atau peralatan akan memiliki nilai efisiensi yang rendah . Hal ini jelas terlihat pada sistim pembakitan (generator).

6 ) Penalti dari Penyedia Layanan Listrik (PLN)

PLN akan membebankan denda faktor daya di bawah 0,85 tertinggal dalam tagihan tenaga listrik .

Read more »