## PERBAIKAN KUALITAS DAYA MENGGUNAKAN
OPTIMAL CAPACITOR PLACEMENT (OCP) PADA SISTEM

## KELISTRIKAN PT. FMC AGRICULTURAL
MANUFACTURING
Navynda Kurnia Sari, Istiyo Winarno, Daeng Rahmatullah, Iradiratu Diah, P, K.
Prodi Teknik Elektro, Fakultas Teknik dan Ilmu Kelautan
Universitas Hang Tuah Surabaya, Indonesia
Jl. Arif Rahman Hakim, Keputih, Kec. Sukolilo, Kota Surabaya, Jawa Timur 60111
e-mail : navynkurnia@gmail.com

## ABSTRACT
Kualitas daya dalam sistem tenaga merupakan hal yang sangat penting dan harus diperhatikan untuk  menjaga  stabilitas  dan  continuitas  sistem  tenaga  listrik  dalam  suatu  industri.  Diantara permasalahan kualitas daya yang timbul salah satunya adalah penurunan nilai faktor daya  (power faktor)  yang  menyebabkan  konsumsi  daya  menjadi  berlebih.  Seperti  pada  industri-industri  besar pada  umumnya.  PT.  FMC  Agricultural  Manufacturing  juga  memiliki  permasalahan  kualitas  daya pada sistem kelistrikannya, disebabkan karena mempunyai banyak motor-motor berkapasitas besar untuk  proses  produksinya  yang  dapat  menyebabkan  rugi-rugi  daya  semakin  meningkat.  Untuk mengantisipasi  hal  tersebut  perlu  dilakukan  pengontrolan  daya  reaktif  salah  satunya  dapat dilakukan  dengan  pemasangan  kapasitor  yang  optimal  untuk  memperbaiki  dan  meningkatkan faktor daya sehingga dapat memaksimalkan kapasitas penyaluran daya sistem. Pada penelitian ini dibahas  studi  kasus  perbaikan  kondisi  faktor  daya  pada  sistem  kelistrikan  PT.  FMC  Agricultural Manufacturing.  Perbaikan  faktor  daya  dilakukan  dengan  metode  Optimal  Capacitor  Placement (OCP)  untuk  memperbaiki  kondisi  faktor  daya  dan  mereduksi  rugi-rugi  daya  pada  saluran.  Dari hasil penelitian, diketahui lokasi pemasangan kapasitor yang tepat untuk memperbaiki nilai faktor daya pada sistem berdasarkan hasil analisis aliran daya pada software ETAP 12.6.0 yaitu pada bus 3 dengan nilai kompensasi daya reaktif adalah sebesar 91.51 kVAR dan arus 115.06 A.
Keywords : Kualitas  Daya,  Kapasitor  Bank,  Faktor  Daya, Optimal  Capacitor  Placement ,  ETAP 12.6

## 1. PENDAHULUAN
Kualitas  penyaluran  daya  listrik pada  sistem  kelistrikan  dipengaruhi  oleh spesifikasi  saluran  dan  karateristik  beban.
Beban  listrik  pada  setiap  tahunnya mengalami peningkatan. Peningkatan beban  diiringi  dengan  meningkatnya permintaan  suplai  daya  listrik.  Dalam  hal
ini  beban  induktif  menjadi  perhatian kerena beban induktif membutuhkan daya reaktif dalam proses kerjanya.
Bertambahnya  beban  pada  sistem  yang bersifat induktif mengakibatkan peningkatan  permintaan  suplai daya reaktif.  Daya  reaktif  paling  banyak dikonsumsi  oleh  peralatan  listrik  seperti transformator  dan  motor  listrik.  Sistem jaringan yang tidak memiliki sumber daya reaktif di daerah sekitar beban menyebabkan  kebutuhan  daya  reaktif beban sepenuhnya diproduksi oleh generator.  Sehingga  mengalir  arus  reaktif pada jaringan yang mengakibatkan menurunnya kondisi faktor daya, menurunnya  nilai  tegangan  pada  ujung jaringan dan memperbesar nilai  arus pada saluran  serta  mengakibatkan  rugi-rugi daya yang besar pada saluran (Risjayanto , 2018)
Upaya  untuk  menjaga  kebutuhan suplai  daya  reaktif  beban  pada  sistem dapat  dilakukan  dengan  dua  cara  yaitu dengan  menambah  arus  exitasi  pada generator  pembangkit  dan  pemasangan kapasitor  pada  daerah  beban  (Marsudi, 2006). Dari dua cara tersebut, pemasangan kapasitor  adalah  cara  yang  paling  efisien. Pemasangan  kapasitor  juga  terbilang mudah  dilakukan  dan  memiliki  ekonomis yang rendah. (Saini dkk, 2016).
Kapasitor  bank  adalah  peralatan yang  digunakan  untuk memperbaiki
kualitas  pasokan  energi  listrik  antara  lain meningkatkan faktor daya dan mengurangi  rugi-rugi  daya  (Adif,  2014). Pemasangan kapasitor bank dapat mengurangi  penyerapan  daya  reaktif  oleh beban  sehingga  dapat  meningkatkan  nilai faktor  daya..  Tingkat  keuntungan  ini tergantung pada lokasi, ukuran dan jumlah kapasitor  dalam  sistem  serta  peningkatan kapasitas tegangan dengan tujuan meningkatkan efisiensi.
Banyak  perusahan  yang  bergerak dibidang industri untuk kegiatan operasionalnya menggunakan motor listrik yang berkapasitas besar. Penggunaan motor listrik yang berkapasitas besar ini akan mempengaruhi besarnya faktor daya pada sistem kelistrikan di perusahaan tersebut. Berdasarkan  hal  tersebut,  penelitian  ini bermaksud  untuk  melakukan  perbaikan kualitas  daya  pada  sistem  kelistrikan PT . FMC  Agricultural  Manufacturing . Perbaikan  faktor  daya  dilakukan  dengan metode Optimal  Capacitor  Placement dengan  batuan  software  ETAP  untuk menentukan  lokasi  pemasangan  kapasitor bank. Dengan melakukan Optimal Capacitor Placement pada sistem diharapkan  dapat  memperbaiki  kondisi faktor daya dan mereduksi rugi-rugi daya.

## 2. TINJAUAN PUSTAKA
A. Daya Listrik
Daya listrik adalah hantaran energi yang  melaju  di  dalam  rangkaian  listrik. Energi  yang  mengalir  mengakibatkan adanya arus yang mengalir pada rangkaian ditambah  dengan  adanya  hambatan  yang menyebabkan  kerjakondisi  sistem  seperti sediakala  diperlukan  pelepasan  beban tertentu  Daya  listrik  dibagi  menjadi  tiga yaitu  daya  aktif  (P),  daya  reakif  (Q),  dan daya semu (S).
(1)
(2) (3) (4)
(5) (6) Keterangan: P : Daya Aktif ( Watt) V : Tegangan (Volt) I : Arus (Ampere) : Faktor Daya VL : Tegangan Jaringan (Volt) IL
: Arus Jaringan (Ampere)
Hubungan dari ketiga daya tersebut disebut sistem segitiga daya yang ditunjukkan pada gambar 1.

## Gambar 1 . Diagram segitiga daya
B. Faktor Daya ( Power Factor )
Faktor  daya  merupakan  salah  satu indikator  baik  buruknya  kualitas  daya listrik.  Faktor  daya  disimbolkan  sebagai Cos  θ.  Faktor  daya  adalah  perbandingan antara daya aktif (watt) dengan daya semu (VA).
(1)

## C. Kapasitor Bank
Kapasitor  bank  adalah  komponen  listrik yang  dapat  menghasilkan  daya  reaktif pada  jaringan  dimana  kapasitor  tersebut ditempatkan.  Besaran  parameter  yang sering  dipakai  adalah volt  ampere  reactif (VAR).  Kapasitor  bank  ini  juga  sering disebut  dengan  kapasitor  daya  karena penggunaannya  pada  daya  yang  besar untuk  memperbaiki  faktor  daya  pada sistem  peralatan  listrik.  Secara  sederhana kapasitor  terdiri  dari  dua  plat  logam  yang dipisahkan  oleh  suatu  bahan  di  elektrik dan  kapasitor  ini  mempunyai  sifat menyimpan muatan listrik. Metode pemasangan kapasitor dibagi menjadi tiga, yaitu individual  compensation,  group compensation, dan global compensation .
Gambar 2. Metode Pemasangan Instalasi Kapasitor Bank (Sumber: Setya, 2012)
Menghitung kompensasi daya reaktif dapat dicari menggunakan persamaan sebagai berikut.
(2) Keterangan: Qc : Kapasitas Kapasitor Total (kVAr)
P
: Daya Aktif (kW)

## D. Optimal Capacitor Placement (OCP)
Optimal Capacitor Placement
( OCP)  merupakan  penyelesaian  untuk menentukan lokasi yang optimal dan nilai kapasitor yang akan dipasang pada sistem tenaga  listrik.  Fungsi  objektif  pada penempatan  optimal  kapasitor  adalah untuk  memperbaiki  faktor  daya,  serta mereduksi losses energy dan memperbaiki tegangan  sistem  (Chopade  dkk,  2011). Pada penelitian ini OCP dilakukan dengan bantuan software ETAP  12.6.0,  sehingga dapat  ditentukan  lokasi  yang  terbaik  dan ukuran besarnya kapasitor sebagai kompensasi daya reaktif.

## 3. METODE PENELITIAN
A. Proses Penelitian
Pada penelitian ini terdapat beberapa tahapan penelitian untuk melakukan perbaikan kualitas daya menggunakan Optimal
Capacitor
Placement pada  PT.  FMC  Agricultural Manufacturing . Langkah yang akan dilakukan  antara  lain  yaitu  menggunakan simulasi  pada  ETAP.  Adapun  uraian
proses  penelitian  menggunakan  software ETAP 12.6 antara lain:
a. Membuat  pemodelan single  line
diagram sistem  kelistrikan  PT.  FMC Agricultural
Manufacturing menggunakan software ETAP 12.6.0.
b. Melakukan input data  berupa  data bus,  data  spesifikasi  transformator terpasang, data parameter saluran dan data operasi beban.
c. Melakukan  analisis  aliran  daya  pada diagram sistem  kelistrikan  PT.  FMC Agricultural Manufacturing pada keadaan sebelum dilakukan kapasitor.
d. Menetukan  kandidat  bus  dan  nilai kapasitor  untuk  melakukan Optimal Capacitor  Placement sesuai  dengan kondisi  bus  yang  memiliki  faktor daya rendah atau kurang dari 0.85.
e. Melakukan  analisis  aliran  daya  pada sistem  sistem  kelistrikan  PT.  FMC Agricultural Manufacturing pada keadaan  sesudah  dipasang  kapasitor dan  dilakukan Optimal  Capacitor Placement.
f. Mengidentifikasi  kondisi  faktor  daya sesudah dipasang kapasitor dan dilakukan Optimal
Capacitor Placement
Gambar 3. FlowChart Proses Penelitian
B. Single Line Diagram
Single  line pada  penelitian  ini menggunakan  plan Single  Line  Diagram sistem  kelistrikan  PT.  FMC  Agricultural Manufacturing.  Sistem  pendistribusian tenaga  listik  yang  digunakan  adalah sistem  distribusi  radial.  Tegangan  listrik didistribusikan  ke  seluruh  beban  melalui satu  unit  transformator step-down 20/0.4 kV.  Pemodelan  dilakukan  dengan  cara membuat  single  line  diagram  pada software electric transient analysis program 12.6.0.  Dalam  memodelkan single  line  diagram  dibutuhkan  beberapa data  parameter,  yaitu  data  transformator,
data saluran, data bus, dan data keseluruhan beban.
Gambar 4 . Single Line Diagram

## 4. HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada  bab  ini  akan  dijelaskan  hasil dari  simulasi  perbaikan  faktor  daya dengan  melakukan optimal  capacitor
placement (OCP). Penentuan lokasi kapasitas kapasitor dalam melakukan OCP dilakukan  berdasarkan  pada  nilai  faktor daya hasil simulasi aliran daya ( load flow ) pada software ETAP  12.6.0.  Penentuan lokasi dan kapasitas kapasitor pada sistem akan  diawali  dari  analisis  bus  yang memiliki faktor daya rendah atau dibawah 0.85  yang  lokasinya  paling  jauh  dari Power  Grid ,  lalu  dianalisis  dengan menghitung  berapa  besar  nilai  kapasitor yang  diperlukan  untuk  memenuhi  faktor daya  dengan  nilai  lebih  dari  nol  koma delapan  lima  kurang  dari  sama  dengan satu.
Dengan  melakukan  kompensasi daya  reaktif  pada  lokasi  yang  tepat diharapkan  dapat  mengurangi  aliran  daya reaktif  pada  saluran,  sehingga  dapat memperbaiki  kondisi  tegangan,  faktor daya,  mereduksi  arus  pada  saluran  dan mengurangi rugi-rugi daya pada saluran.
Penentuan  lokasi  dan  besarnya nilai  kompensasi  daya  reaktif  dilakukan dengan  bantuan load  flow pada software ETAP  12.6.0  untuk  mengetahui  kondisi faktor  daya  pada  aliran  daya  sistem.  Dari gambar  4.1  yang  telah  didesain  di  ETAP 12.6,  untuk  mengetahui  keadaan  sistem tersebut  telah  baik  atau  belum  maka dilakukan  terlebih  dahulu  simulasi  aliran daya pada keadaan normal.
Sesudah dilakukan simulasi terlihat    bahwa  sistem  jaringan  listrik tersebut  mengalami  beberapa  gangguan. Yang  pertama  adalah  pada  trafo  yang berwarna  merah  muda  yang  berarti  trafo tersebut mengalami overload atau kelebihan  beban.  Bus  berwarna  hitam artinya  level  tegangan  bus  itu  bagus (sesuai  standar).  Bus  2  dan  bus  3  terlihat berwarna  merah  muda  yang  artinya  level tegangan  mengalami undervoltage atau dalam  batas  marginal.  Sesuai  dengan setting  batas  kritis  dan  marginal  tegangan pada  sistem  sesuai  standart  yang  dapat ditoleransi yaitu sebesar 5%.
Dari hasil pengujian dengan Optimal  Capacitor  Placement terlihat bahwa  kandidat  bus  yang  mengalami gangguan  adalah  bus  3.  Juga  terdapat keterangan  rekomendasi  kapasitor  bank yang  disarankan  denga  rincian  total  bank adalah satu unit dengan rating kVAR ialah 100  kVAR.  Daya  yang  dikompensasi
dengan hasil OCP ini sebesar 91.51 kVAR dan arus 115.06 A.
A. Perbandingan Kondisi Sistem
Sebelum Dan Sesudah Dilakukan Optimal Capacitor Placement (OCP)
Perbandingan kondisi sistem sebelum dan sesudah dilakukan pemasangan  kapasitor  ini  bertujuan  untuk mengetahui  kondisi  perbaikan  sistem. Selanjutnya  akan  dilakukan  perhitungan secara  spesifik  dari  kedua  hasil  tersebut untuk  mengetahui  kondisi  perubahan sistem  secara  rinci.  Berikut  perbandingan uraian  hasil load  flow dalam  kondisi sebelum dan sesudah dilakukan OCP yang meliputi  kondisi  faktor  daya,  daya  aktif, tegangan  bus,  dan  daya  reaktif  pada masing-masing bus.
Tabel 1. Kondisi Faktor Daya Sistem
Kode Bus Faktor Daya (%)
Sebelum OCP Sesudah OCP 1 82.6 98.3 2 82.6 98.3 3 85.1 98.6 Dari tabel 1. diketahui perbandingan  faktor  daya  pada  kondisi sebelum dan sesudah dilakukan pemasangan kapasitor. Pada bus 1 kondisi faktor daya sebelum dilakukan pemasangan  kapasitor  yaitu  82.6%  dan sesudah  dilakukan  pemasangan  kapasitor menjadi  98.3%  yang  artinya  mengalami
perbaikan  kondisi  faktor  daya  sebesar 15.7%.  Pada  bus  2  kondisi  faktor  daya sebelum  dilakukan  pemasangan  kapasitor yaitu  82.6%  dan  sesudah  dilakukan pemasangan  kapasitor  menjadi  98.3% yang artinya mengalami perbaikan kondisi faktor  daya  sebesar  15.7%.  Pada  bus  3 kondisi  faktor  daya  sebelum  dilakukan pemasangan  kapasitor  yaitu  85.1%  dan sesudah  dilakukan  pemasangan  kapasitor menjadi  98.6%  yang  artinya  mengalami perbaikan  kondisi  faktor  daya  sebesar 13.5%.
Tabel 2 . Kondisi Daya Reaktif Sistem
Kode Bus Daya Reaktif (kVAR) Sebelum OCP Sesudah OCP 1 122 23 2 122 23 3 107 13
Tabel  2  diketahui  perbedaan  pada keadaan daya reaktif sebelum dan sesudah penambahan  kapasitor.  Pada  bus  1  di mana  sebelum  penambahan  kapasitor mempunyai  daya  reaktif  122  kVAR setelah pemasangan kapasitor daya reaktif menurun  drastis  menjadi  23  kVAR.  Pada bus  2  di  mana  sebelum  penambahan kapasitor  mempunyai  daya  reaktif  122 kVAR setelah pemasangan kapasitor daya reaktif menurun drastis menjadi 23 kVAR. Pada  bus  3  yang  sebelum  pemasangan kapasitor  memiliki  daya  reaktif  107 kVAR menurun menjadi 13 kVAR.
Tabel  3 .  Profil  Tegangan  Sebelum Dipasang Kapasitor
Kode Bus Nominal kV Tegangan (%) Arus (A) 1 20 100 6.3 2 0.48 94.23 6.3 3 0.48 93.9 261.4
Tabel  3  adalah  profil  tegangan sebelum  dipasang  kapasitor.  Pada  bus  1 yang  merupakan  bus  pusat  tegangan nominal  awal  20  kV  beroperasi  100  % dengan  arus  6.3  A.  Bus  2  merupakan  bus beban memiliki tegangan nominal 0.48 kV beroperasi  sekitar  94.23%  dengan  arus sebesar  6.3  A.  Bus  3  merupakan  bus beban memiliki tegangan nominal 0.48 kV beroperasi  sekitar  93.9%  dengan  arus sebesar 261.4 A.
Tabel  4. Profil  Tegangan  Sesudah Dipasang Kapasitor
Kode Bus Nominal kV Tegangan (%) Arus (A) 1 20 100 5.2 2 0.468 97.46 5.2 3 0.467 97.22 214.9
Pada bus 1 yang merupakan bus pusat tegangan  nominal  awal  20  kV  beroperasi 100%  dengan  arus  5.2  A.  Bus  2  yang merupakan  bus  beban  memiliki  tegangan nominal  0.468  kV  beroperasi  sekitar 97.46%  dengan  arus  sebesar  5.2A.  Bus  3 yang juga merupakan bus beban memiliki tegangan  nominal  0.467  kV  beroperasi
sekitar  97.22%  dengan  arus  sebesar 214.9A.
Gambar 5. Grafik Perbandingan
Tegangan Sebelum dan Sesudah Pemasangan Kapasitor Dari  grafik  gambar  5  dapat  diketahui kondisi  yang  terjadi  pada  sistem  terhadap profil  tegangan  saat  sebelum  dan  sesudah pemasangan  kapasitor.  Saat  sebelum pemasangan  kapasitor,  profil  tegangan lebih  kecil  dari  setelah  pemasangan.  Hal ini  dipengaruhi  juga  oleh  faktor  daya sebelum dan sesudah pemasangan
kapasitor.  Dimana  faktor  daya  yang  kecil ≤  0,85  dapat  berpengaruh  pada  profil tegangan  pada  bus  akibat  arus  tertinggal oleh  tegangan.  Sedangkan  faktor  daya yang  bernilai  ≥  0,85  sampai  dengan  1 dapat  mengubah profil tegangan pada bus sehingga  jatuh  tegangan  dapat  berkurang akibat arus mendahului tegangan.

## 5. KESIMPULAN
Berdasarkan hasil simulasi dan analisa dari penelitian yang telah dilakukan, maka dapat diambil beberapa kesimpulan:
1. Dari  hasil  simulasi  yang  diperoleh,
sistem  mengalami  perbaikan  setelah dilakukan optimal capacitor placement (OCP) diantaranya:
perbaikan nilai faktor daya pada bus 1 dan  bus  2  dari  0.82  menjadi  98.3, pada  bus  3  dari  85.1  menjadi  98.6. Sistem  mengalami  perbaikan  nilai tegangan sebesar 0.0255 kV.
2. Lokasi  pemasangan  kapasitor  yang tepat  untuk  memperbaiki  nilai  faktor daya  pada  sistem  berdasarkan  hasil analisis  aliran  daya  pada software ETAP 12.6.0 yaitu pada bus 3 dengan nilai  kompensasi  daya  reaktif    adalah sebesar 91.51 kVAR dan arus 115.06 A.

## DAFTAR PUSTAKA
Adif,  Mohammad.  2014.  Analisis  Arus
Inrush Saat Switching Kapasitor Bank  Di  Gardu  Induk  (GI) Manisrejo Madiun. Malang;
Universitas  Brawijaya.
Anugrah,  Haren  Puja.  2018.  Analisis Kebutuhan  Kapasitor  Bank  Pada Bus    Beban  Untuk  Perbaikan Faktor  Daya  Dan  Drop  Tegangan Menggunakan  Simulasi Optimal Capacitor  Placement Etap  12.6.
Navynda Kurnia Sari, dkk.
Malang; Universitas
Muhammadiyah Malang.
Chopade,  Pravin  &  Marwan  Bikdash.
2011. “Minimizing Cost and Power losses  by  Optimal  Placement  of Capacitor using ETAP”. Computational Science and Engineering Department, Department of Electrical and Computer Engineering North
Carolina  A  &  T  State  University Greensboro, USA. IEEE 9781-4244- 9593-1, 2011.
Risjayanto, Baktiyar Freda. 2018. Optimal
Capacitor  Placement (OCP)  Pada
Sistem  Jaringan  Distribusi  20  Kv
Menggunakan
ETAP. Jurnal
Teknik Elektro , 8 (1).
Saini, Satish dkk. 2016 “A Case Study for
Loss  Reduction  in  Distribution Networks  using  Shunt  Capacitors”.
Poorima University, RRVPNL, EEE Dept. Arya College of Engg., & LT., Jaipur,  India.  IEEE  978-1-4673-
8587, 2016. Widodo, Ridho. 2018. Analisa Optimalisasi Penempatan Kapasitor Bank Pada Jalur Distribusi  Chf  3  PT.  Bukit  Asam (Persero) Tbk. Yogyakarta;
Universitas Islam Indonesia.
Wijanarko, Eko.
2011. Optimasi
Penempatan  Kapasitor  Shunt  Untuk
Perbaikan Daya Reaktif Pada
Penyulang  Distribusi  Primer  Radial
Dengan Algoritma Genetik.
Semarang : Universitas Diponegoro.