Bank Kapasitor: Definisi Penggunaan dan Manfaat

Bank kapasitor adalah sekelompok beberapa kapasitor dengan rating yang sama yang dihubungkan secara seri atau paralel untuk menyimpan energi listrik dalam sistem tenaga listrik. Kapasitor adalah perangkat yang dapat menyimpan muatan listrik dengan menciptakan medan listrik antara dua pelat logam yang dipisahkan oleh bahan isolasi. Bank kapasitor digunakan untuk berbagai tujuan, seperti faktor daya koreksi, regulasi tegangan, penyaringan harmonik, dan penekanan transien.

Apa itu Faktor Daya?

Faktor daya adalah ukuran seberapa efisien suatu sistem AC (arus bolak-balik) menggunakan daya yang disuplai. Faktor daya didefinisikan sebagai rasio daya nyata (P) terhadap daya semu (S), di mana daya nyata adalah daya yang melakukan pekerjaan yang berguna pada beban, dan daya semu adalah hasil kali tegangan (V) dan arus (I) dalam rangkaian. Faktor daya juga dapat dinyatakan sebagai kosinus sudut (θ) antara tegangan dan arus.

Faktor daya = P/S = VI cos θ

Faktor daya ideal adalah 1, yang berarti semua daya yang disuplai dikonversi menjadi pekerjaan yang berguna, dan tidak ada daya reaktif (Q) dalam rangkaian. Daya reaktif adalah daya yang mengalir bolak-balik antara sumber dan beban karena adanya elemen induktif atau kapasitif, seperti motor, transformator, kapasitor, dll. Daya reaktif tidak melakukan pekerjaan apa pun, tetapi menyebabkan kerugian tambahan dan menurunkan efisiensi sistem.

Daya reaktif = Q = VI sin θ

Faktor daya dari suatu sistem dapat berkisar dari 0 hingga 1, tergantung pada jenis dan jumlah beban yang terhubung ke sistem tersebut. Faktor daya yang rendah menunjukkan permintaan daya reaktif yang tinggi dan pemanfaatan daya yang disuplai yang buruk. Faktor daya yang tinggi menunjukkan permintaan daya reaktif yang rendah dan pemanfaatan daya yang disuplai yang lebih baik.

Mengapa Koreksi Faktor Daya Penting?

Koreksi faktor daya adalah proses meningkatkan faktor daya suatu sistem dengan menambahkan atau menghilangkan sumber daya reaktif, seperti bank kapasitor atau kondensor sinkron. Koreksi faktor daya memiliki beberapa manfaat bagi kedua pihak, yaitu utilitas dan konsumen, seperti:

• Mengurangi kerugian garis dan meningkatkan efisiensi sistem: Faktor daya yang rendah berarti aliran arus yang tinggi dalam sistem, yang meningkatkan kerugian resistif (I2R) dan menurunkan level tegangan di ujung beban. Dengan meningkatkan faktor daya, aliran arus berkurang, dan kerugian diminimalkan, menghasilkan level tegangan yang lebih tinggi dan kinerja sistem yang lebih baik.

• Meningkatkan kapasitas dan keandalan sistem: Faktor daya yang rendah berarti permintaan daya semu yang tinggi dari sumber, yang membatasi jumlah daya nyata yang dapat disalurkan ke beban. Dengan meningkatkan faktor daya, permintaan daya semu berkurang, dan lebih banyak daya nyata dapat disalurkan ke beban, menghasilkan kapasitas dan keandalan sistem yang lebih tinggi.

• Mengurangi biaya utilitas dan denda: Banyak utilitas mengenakan biaya tambahan atau menerapkan denda kepada konsumen yang memiliki faktor daya rendah, karena mereka memberikan beban lebih besar pada jaringan transmisi dan distribusi serta meningkatkan biaya operasional mereka. Dengan meningkatkan faktor daya, biaya atau denda ini dapat dihindari atau dikurangi, menghasilkan tagihan listrik yang lebih rendah bagi konsumen.

Bagaimana Cara Kerja Bank Kapasitor?

Bank kapasitor bekerja dengan menyediakan atau menyerap daya reaktif ke atau dari sistem, tergantung pada mode dan lokasi koneksi. Ada dua jenis utama bank kapasitor: bank kapasitor shunt dan bank kapasitor seri.

Bank Kapasitor Shunt

Bank kapasitor shunt dihubungkan secara paralel dengan beban atau di titik-titik tertentu dalam sistem, seperti substasiun atau feeder. Mereka menyediakan daya reaktif leading (positif Q) untuk membatalkan atau mengurangi daya reaktif lagging (negatif Q) yang disebabkan oleh beban induktif, seperti motor, transformator, dll. Ini meningkatkan faktor daya sistem dan mengurangi kerugian garis.

Bank kapasitor shunt memiliki beberapa keunggulan dibandingkan perangkat kompensasi daya reaktif lainnya, seperti:

• Mereka relatif sederhana, murah, dan mudah dipasang dan dirawat.

• Mereka dapat dihidupkan atau dimatikan sesuai dengan variasi beban atau kebutuhan sistem.

• Mereka dapat dibagi menjadi unit atau tahapan yang lebih kecil untuk memberikan fleksibilitas dan akurasi yang lebih besar dalam kontrol daya reaktif.

• Mereka dapat meningkatkan stabilitas dan kualitas tegangan di ujung beban dengan menyediakan dukungan reaktif lokal.

Namun, bank kapasitor shunt juga memiliki beberapa kelemahan atau batasan, seperti:

• Mereka mungkin menyebabkan masalah overvoltage atau resonansi jika tidak didesain atau dikordinasikan dengan baik dengan perangkat lain dalam sistem.

• Mereka mungkin memperkenalkan harmonik atau distorsi ke dalam sistem jika tidak difilter atau dilindungi dengan baik.

• Mereka mungkin tidak efektif untuk garis transmisi panjang atau beban yang tersebar.

Bank Kapasitor Seri

Bank kapasitor seri dihubungkan secara seri dengan beban atau garis transmisi, mengurangi impedansi efektif rangkaian. Mereka menyediakan daya reaktif lagging (negatif Q) untuk membatalkan atau mengurangi daya reaktif leading (positif Q) yang disebabkan oleh beban kapasitif, seperti kabel panjang, garis transmisi, dll. Ini meningkatkan regulasi dan stabilitas tegangan sistem.

Bank kapasitor seri memiliki beberapa keunggulan dibandingkan bank kapasitor shunt, seperti:

• Mereka dapat meningkatkan kemampuan transfer daya dan efisiensi garis transmisi panjang dengan mengurangi kerugian garis dan penurunan tegangan.

• Mereka dapat mengurangi arus pendek dan level gangguan sistem dengan meningkatkan impedansi jalur gangguan.

• Mereka dapat meningkatkan respon transien dan redaman sistem dengan mengurangi frekuensi alami dan osilasi.

Namun, bank kapasitor seri juga memiliki beberapa kelemahan atau batasan, seperti:

• Mereka mungkin menyebabkan masalah overvoltage atau resonansi jika tidak didesain atau dilindungi dengan baik. Misalnya, selama kondisi gangguan, tegangan di seberang kapasitor dapat naik hingga 15 kali nilai nominalnya, yang dapat merusak kapasitor atau peralatan lain dalam sistem.

• Mereka mungkin memperkenalkan harmonik atau distorsi ke dalam sistem jika tidak difilter atau dikompensasi dengan baik.

• Mereka mungkin tidak efektif untuk beban tegangan rendah atau beban yang tersebar.

Bagaimana Menghitung Ukuran Bank Kapasitor?

Ukuran bank kapasitor tergantung pada beberapa faktor, seperti:

• Penyempurnaan faktor daya yang diinginkan atau kompensasi daya reaktif

• Level tegangan dan frekuensi sistem

• Jenis dan lokasi bank kapasitor (shunt atau seri)

• Karakteristik dan variasi beban