Penjelasan Detail Mengenai Kualitas Daya, Lossis (Jatuh Tegangan dan Rugi-Rugi), Faktor Daya

1. KUALITAS DAYA LISTRIK

Peningkatan  terhadap kebutuhan dan konsumsi energy listrik yang baik dari segi kualitas dan kuantitas menjadi salah satu alasan mengapa perusahaan utilitas penyedia listrik perlu member perhatian terhadap isu kualitas daya listrik. Terlebih pada konsumen perindustrian yang membutuhkan supply listrik yang baik yaitu dari segi kontinuitas dan juga kualitas tegangan yang disupply (karena mesin – mesin pada perindustrian sensitif terhadap lonjakan / ketidak stabilan tegangan) perlu diusahakan suatu sistem pendistribusian tenaga listrik yang dapat memberikan pelayanan yang memenuhi criteria yang diinginkan konsumennya.

Istilah kualitas daya listrik bukanlah hal yang baru melainkan sudah menjadi isu penting pada industri sejak akhir 1980-an. Kualitas daya listrik memberikan gambaran akan baik buruknya suatu sistem ketenagalistrikan dalam mengatasi gangguan – gangguan pada sistem tersebut.

Jalur Distribusi Daya Listrik

Roger C.Dugan memberikan empat alasan utama perlunya perhatian lebih akan masalah kualitas daya:

1. Perangkat listrik yang digunakan pada saat ini sangat sensitive terhadap kualitas daya listrik yang mana perangkat berbasis mikroprosesor dan elektronika daya lainnya membutuhkan tegangan  pelayanan  yang stabil dan level tegangannya juga harus dijaga pada tegangan kerja perangkat tersebut.
2. Peningkatan  yang  ditekankan  pada  efisiensi  daya / sistem  kelistrikan secara keseluruhan yang mengakibatkan pertumbuhan lanjutan dalam aplikasi perangkat dengan efisiensi tinggi, seperti pengaturan kecepatan motor listrik dan penggunaan kapasitor bank untuk koreksi faktor daya untuk mengurangi rugi - rugi. Hal ini mengakibatkan peningkatan tingkat harmonik pada sistem tenaga dan mengakibatkan banyak praktisi dibidang sistem ketenagalistrikan khawatir akan dampak tersebut di masa depan (dikhawatirkan dapat menurunkan kemampuan dari sistem tersebut).
3. Meningkatnya kesadaran para konsumen akan masalah kualitas   daya. Dimana pelanggan / konsumen menjadi lebih mengerti  akan masalah seperti interupsi, sags, dan transien switching dan mengharapkan sistem utilitas listrik untuk meningkatkan kualitas daya yang dikirim.
4. Sistem tenaga listrik sekarang ini sudah banyak yang melakukan interkoneksi antar jaringan, dimana hal ini memberikan suatu konsekuensi bahwa kegagalan dari setiap komponen akan mengakibatkan  kegagalan  pada komponen lainnya.

Masalah yang dapat timbul dari sistem tenaga listrik dengan kualitas daya yang buruk dapat berupa masalah lonjakan / perubahan tegangan, arus dan frekwensi yang akan menimbulkan kegagalan / misoperasi peralatan. Yang mana kegagalan ini merusak peralatan listrik baik dari sisi pengirim maupun sisi penerima. Untuk itu demi mengantisipasi kerugian yang dapat terjadi baik dari pihak PLN maupun masyarakat, pihak PLN harus mengupayakan sistem ketenagalistrikan yang baik. Masalah kualitas daya yang akan dibahas pada tulisan ini adalah mengenai faktor daya dan jatuh tegangan.

2. FAKTOR DAYA

Faktor daya merupakan salah satu indikator baik buruknya kualitas daya listrik. Faktor daya atau faktor kerja adalah perbandingan antara daya aktif (watt) dengan daya semu / daya total(VA), atau cosines sudut antara daya aktif dan daya semu / dayatotal. Peningkatan daya reaktif akan meningkatkan sudut antara daya aktif dan daya semu sehingga dengan daya aktif yang tetap akan mengakibatkan peningkatan daya semu yang akan dikirimkan. Dengan kata lain akan menurunkan efisiensi dari sistem distribusi ketenagalistrikan. Nilai faktor daya maksimal adalah satu.

3. JATUH TEGANGAN

Jatuh tegangan dapat didefenisikan sebagai besarnya tegangan yang hilang pada suatu penghantar. Jatuh tegangan berbanding lurus dengan impedansi saluran, panjang saluran dan beban serta berbanding terbalik dengan luas penampang penghantar. Besarnya jatuh tegangan dinyatakan baik dalam persen atau dalam besaran Volt. Dalam hal ini PLN membatasi tegangan minimum pada batasan -10% dari tegangan nominal dan tegangan maksimumnya tidak lebih dari +5% dari tegangan nominalnya.

Jatuh tegangan juga didefinisikan sebagai selisih antara tegangan ujung pengiriman dan tegangan ujung peneriman pada suatu jaringan (Asy’ari H., 2011). Jatuh tegangan disebabkan oleh hambatan dan arus. Pada saluran bolak-balik besarnya tergantung dari impedansi dan admintansi saluran serta pada beban dan faktor daya. 

4. PERBAIKAN TEGANGAN

Dalam penyediaan tenaga listrik, tegangan yang konstan merupakan salah satu syarat utama yang harus dipenuhi. Meminimalisir jatuh tegangan merupakan salah upaya penyedia energi listrik menjaga strandar pelayanannya kepada konsumen. Perbaikan tegangan pada jaringan distribusi dapat dilakukan dengan beberapa cara, yaitu:

1. Trafo Pengubah Tap

Perbaikan tegangan dapat dilakukan dengan metode pengaturan tegangan berupa penggunaan trafo pengubah tap. Trafo pengubah tap berfungsi untuk mengatur rasio lilitan primer dan sekunder trafo. Dengan demikian memungkinkan untuk mengatur tegangan keluaran trafo. Trafo pengubah tap dapat digunakan digardu induk maupun gardu distribusi tergantung dari perbaikan tegangan yang diinginkan. Proses perubahan tap trafo itu sediri ada dua jenis, yaitu perubahan tap trafo positif dan negative. Pada umumnya nilai perubahan tap trafo menggunakan ukuran persen (%) dan ukurannya bervariasi antara ± 10% sampai ± 15% tergantung dari trafo yang digunakan. Perubahan tap positif akan meningkatkan jumlah lilitan di sisi sekunder. Trafo pengubah tap biasanya telah memiliki ukuran tap sendiri tergantung dari pabrik yang memproduksinya. Sehingga pengaturan tegangan dengan menggunakan trafo pengubah tap sifatnya terbatas dan tergantung dari jenis trafo pengubah tap yang digunakan. Semakin banyak level perubahan tap yang dimiliki oleh suatu trafo semakin banyak pula proses pengaturan tegangan yang dilakukan. Jenis trafo pengubah tap itu sendiri mempunyai dua macam yaitu off-load tap changing transformer dan under-load tap changing transformer (ULTC). Trafo jenis ULTC dapat digunakan secara bervariasi setiap hari, setiap jam, bahkan setiap menit tergantung kondisi sistem tanpa harus menimbulkan interupsi terhadap suplai daya listrik. 

Sistem kerja pada trafo pengubah tap itu sendiri dapat dilakukan secara manual dan otomatis. Perubahan tap secara manual dianggap kurang efisien sebab masih membutuhkan peran manusia untuk mengubah posisi tap trafo setiap terjadi penurunan nilai tegangan yang cukup signifikan. Pengaturan tap trafo secara otomatis dapat dilakukan dengan menggunakan Line drop compensation (LDC). Perubahan tegangan yang terdeteksi akan diumpan balik ke pengatur tegangan otomatis yang kemudian akan memerintahkan motor listrik pengubah tap trafo untuk memindahkan posisi tap trafo ke posisi yang sesuai untuk mengembalikan tegangan keluaran trafo yang konstan. Sedangkan jika dilakukan secara manual, dapat dilakukan dengan mengatur posisi tap trafo sisi sekunder sesuai dengan yang diinginkan. Jika ingin menaikkan tegangan trafo maka dilakukan pengubahan tap yang akan menambahkan jumlah lilitan sekunder (tap positif). Sedangkan untuk kondisi sebaliknya dilakukan dengan melakukan pengubahan tap trafo yang akanmengurangi jumlah lillitan sekunder (tap negatif). Dengan demikian nilai tegangan di sisi sekunder trafo akan mengalami penurunan.

1. Bank Kapasitor (Capasitor Shunt)

Bank kapasitor digunakan secara luas pada sistem distribusi untuk perbaikan faktor daya dan pengaturan tegangan feeder. Pada saluran transmisi, kapasitor bank berguna untuk mengkompensasi rugi-rugi daya reaktif (I²X) dan memastikan tegangan terjaga pada levelnya pada saat beban penuh. Beban yang bersifat induktif akan menyerap daya reaktif, yang kemudian akan menimbulkan jatuh tegangan di sisi penerima. Dengan melakukan pemasangan kapasitor bank, beban akan mendapatkan suplai daya reaktif. Kompensasi yang dilakukan kapasitor bank, akan dapat mengurangi penyerapan daya reaktif sistem oleh beban. Dengan demikian jatuh tegangan yang terjadi akan dapat dikurangi. Pengaturan tegangan dengan mengggunakan kapasitor bank, selain dapat memperbaiki nilai tegangan juga dapat meningkatkan nilai faktor daya. Sebab dengan memasang kapasitor bank, akan dapat mengurangi penyerapan daya reaktif oleh beban. Dengan berkurangnya nilai daya reaktif yang diserap oleh beban, akan meningkatkan nilai faktor daya. Kapasitor bank dengan switch mekanik (MSCS) dipasang di gardu utama pada area beban. Proses switching sering dilakukan secara manual dengan relay tegangan untuk melindungi switch ketika tegangan melebihi batasnya. Untuk stabilitas tegangan, kapasitor bank berguna untuk mendorong generator terdekat beroperasi dengan faktor daya mendekati satu.

5. RUGI DAYA (POWER LOSSES)

Rugi daya atau susut daya listrik merupakan daya yang hilang dalam penyaluran daya listrik dari sumber daya listrik utama ke suatu beban. Rugi daya atau susut daya listrik merupakan daya yang hilang dalam penyaluran daya listrik dari sumber daya listrik utama ke suatu beban, Dalam proses transmisi dan distribusi tenaga listrik seringkali dialami rugi-rugi daya yang cukup besar yang diakibatkan oleh rugi-rugi pada saluran dan juga rugi-rugi pada trafo yang digunakan. Kedua jenis rugi-rugi daya tersebut memberikan pengaruh yang besar terhadap kualitas daya dan tegangan yang dikirimkan ke sisi pelanggan.

1. Rugi-Rugi Saluran

Pemilihan jenis kabel yang akan digunakan pada jaringan distribusi merupakan faktor penting yang harus diperhatikan dalam perencanaan dari suatu sistem tenaga listrik. Jenis kabel dengan nilai resistansi yang kecil akan dapat memperkecil rugi-rugi daya. Panjang dari suatu penghantar tergantung dari jarak distribusi ke pelanggan. Sehingga nilai tersebut tidak dapat diubah secara bebas. Sedangkan resistifitas bahan tergantung dari bahan penghantar yang digunakan. Parameter ini dapat diubah-ubah tergantung dari pemilihan bahan penghantar yang digunakan. Selain itu parameter lain yang dapat diubah adalah luas penampang penghantar yang digunakan, dimana semakin besar luas penampang penghantar yang digunakan akan mengurangi resistansi saluran. Akan tetapi dalam pengubahan luas penampang harus memperhatikan faktor efisiensinya.

1. Rugi-rugi transformator

Dalam unjuk kerjanya, trafo memiliki rugi-rugi yang harus diperhatikan. Rugi-rugi tersebut adalah sebagai berikut:

• Rugi-rugi Tembaga (I²R)

Rugi-rugi tembaga merupakan rugi-rugi yang diakibatkan oleh adanya tahanan resistif yang dimiliki oleh tembaga yang digunakan pada bagian lilitan trafo, baik pada bagian primer maupun sekunder trafo.

• Eddy Curent (arus eddy)

Rugi-rugi arus eddy merupakan rugi-rugi panas yang terjadi pada bagian inti trafo. Perubahan fluks menyebabkan induksi tegangan pada bagianinti besi trafo dengan cara yang sama seperti kawat yang mengelilinginya. Tegangann tersebut menyebabkan arus berputar pada bagian inti trafo. Arus eddy akan mengalir pada bagian inti trafo yang bersifat resistif. Arus eddy akan mendisipasikan energi kedalam inti besi trafo yang kemudian akan menimbulkan panas.

• Rugi-rugi Hysterisis

Rugi-rugi histerisis merupakan rugi-rugi yang berhubungan dengan pengaturan daerah magnetik pada bagian inti trafo.Dalam pengaturan daerah magnetik tersebut dibutuhkan energi. Akibatnya akan menimbulkan rugi-rugi terhadap daya yang melalui trafo. Rugi-rugi tersebut menimbulkan panas pada bagian inti trafo.

• Fluks bocor

Fluks bocor merupakan fluks yang terdapat pada bagian primer maupun sekunder trafo yang lepas dari bagian inti dan kemudian begerak melalui salah satu lilitan trafo. Fluks lepas tersebut akan menimbulkan self-inductance pada lilitan primer dan sekunder trafo.

Ok sekian ya teman-teman penjelasan detail mengenai Penjelasan Detail Tenteng Daya Listrik, Lossis, dan Optimasi Daya semoga bermanfaat jika teman-teman membutuhkan bantuan projek yang sedang dikerjakan langsung saja hubungi kita dengan cara klik tombol chat berikut ini: