## Alat Koreksi Faktor Daya Beban Listrik Pada Industri Rumah Tangga Menggunakan Arduino
Mohammad Dahlan a,1 , Budi Cahyo Wibowo a,2 , Noor Yulita Dwi Setyaningsih a,3
a Program Studi Teknik Elektro, Universitas Muria Kudus, Kudus, Jawa Tengah, Indonesia
1 moh.dahlan@umk.ac.id; 2 budi.cahyo@umk.ac.id * ; 3 noor.yulita@umk.ac.id
* Corresponding Author

## ARTICLE INFO

## ABSTRAK
Article History Submission : 03-12-2024 Revision       : 03-15-2024 Accepted      : 03-19-2024 Koreksi  faktor  daya  menjadi  salah  satu  kebutuhan  pada  sistem kelistrikan  terutama  pada  industri  rumah  tangga.  Hal  ini disebabkan penggunaan beban listrik induktif dapat menurunkan nilai  faktor  daya  pada  listrik,  nilai  faktor  daya  yang  baik  adalah antara  0,90  -  1.  Sehingga  perlu  ditambahkan  kompensasi  daya reaktif yang timbul dari beban listrik induktif untuk menghindari kerugian dari turunnya nilai faktor daya. Tujuan dari penelitian ini adalah merancang dan membuat alat koreksi faktor daya otomatis untuk memperbaiki faktor daya pada beban industri rumah tangga. Dari  hasil  pengujian  alat  koreksi  faktor  daya  mampu  bekerja dengan  baik dengan rata  – rata peningkatan faktor daya  sebesar 42,25%  dibandingkan  dengan  sistem  instalasi  listrik  tanpa menggunakan alat koreksi faktor daya.
This is an open access article under license CC–BY-SA .

## Kata Kunci:
Beban  Induktif,  Faktor Daya,  Industri  Rumah Tangga, Peningkatan Faktor Daya

## 1. Pendahuluan
Dewasa ini dengan berkembangnya teknologi yang semakin pesat membuat kebutuhan energi listrik juga  semakin  meningkat.  Kebutuhan  energi  listrik  yang  semakin  meningkat  harus  diiringi  dengan perbaikan mutu energi listrik itu sendiri, yaitu harus memiliki energi listrik yang berkualitas dan memiliki kehandalan  yang  tinggi  untuk  menjaga  peralatan  listrik  agar  mendapatkan  energi  listrik  yang  stabil. Energi listrik setiap tahunnya mengalami peningkatan kebutuhan yang sangat signifikan dan menuntut penyedia  tegangan  listrik  untuk  memberikan  suplai  tenaga  listrik  yang  cukup  berkualitas. Peningkatankebutuhan energi juga diikuti dengan permintaan daya rea ktif akibat beban yang bersifat induktif juga meningkat[1].
Industri  rumah  tangga  merupakan  salah  satu  bagian  yang  memiliki  peranan  penting  dalam pertumbuhan  perekonomian  masyarakat.  Peralatan  pada  industri  rumah  tangga  sebagian  besar merupakan beban induktif dan kapasitif. Dengan adanya beban induktif dan beban kapasitif menjadikan adanya sinyal arus yang tertinggal terhadap tegangan. Sehingga menimbulkan kerugian yang disebabkan karena daya yang dikonsumsi dari sumber lebih besar dari pada daya yang dikonsumsi oleh beban[2]. Ada tiga kemungkinan hubungan fasa antara arus dan tegangan dalam satuan rangkaian, yaitu arus dan tegangan  sefasa,  Arus  tertinggal  ( lagging )  dari  tegangan,  dan  Arus  mendahului  ( leading )  tegangan. Lamanya waktu dimana arus mendahului atau tertinggal dari tegangan dinyatakan dalam derajat listrik dan disebut sudut fasa[3].
Standar nilai minimum untuk faktor daya yang ditetapkan oleh PLN berdasarkan peraturan SPLN 70-1 adalah > 0,85. Apabila faktor daya kurang dari 0.85 maka PLN akan memperhitungkan kelebihan pemakaian Kilo Volt Ampere Reaktif Hours (kVARh), disamping pemakaian kWh yang sudah ada. Dengan demikian faktor daya harus diperbaiki menjadi tinggi, s(kVARh dengan faktor daya yang diharapkan[4]. Energi listrik merupakan salah satu kebutuhan hidup. Dengan menggunakan beban listrik induktif maka nilai faktor daya arus dapat dikurangi. Faktor daya yang cocok adalah antara 0,85 dan 1[5].
Nilai faktor  daya  yang  rendah  (Cos  φ) <  0,85 lagging  atau  leading  dari  peralatan  elektrik rumah tangga  menyebabkan  penggunaan  daya  kurang  optimal  dan  pada  saat  alat-alat  elektrik  tersebut dihidupkan atau dimatikan dengan waktu tidak bersamaan, maka akan menyebabkan nilai faktor daya yang berubah-ubah[6]. Tidak semua listrik yang disalurkan oleh perusahaan listrik dapat digunakan oleh konsumen sebagai listrik aktif. Besarnya daya aktif yang tersedia ditentukan oleh nilai cosφ atau faktor daya yang diukur dalam jaringan listrik[7].
Penurunan kualitas faktor daya (cos φ) dalam sistem energi listrik merupakan masalah yang harus diatasi. Rendahnya kualitas faktor daya akan menimbulkan rugi-rugi dalam penggunaan energi listrik [3]. Kerugian  tertentu  yang  harus  diperhatikan  oleh  konsumen  adalah  penurunan  tegangan  sistem, ketidakmampuan untuk memaksimalkan kapasitas penggunaan energi, efisiensi listrik yang rendah, dan kapasitas  daya  terpasang  yang  berkurang[8].  Dalam  pelayanan  ketenagalistrikan,  PLN  yang  telah menetapkan  denda  VAR  karena  beberapa  kerugian  akibat  penurunan  faktor  daya  (PF)  menghimbau konsumen  untuk  selalu  menjaga  faktor  energi  dalam  kondisi  idealnya[9].  Bila  faktor  daya  menurun sebaiknya  faktor  daya  dinaikkan[10].  Tujuan  perbaikan  faktor  daya  adalah  untuk  mengurangi  biaya pengoperasian  peralatan  listrik,  meningkatkan  kapasitas  sistem  dan  mengoptimalkan  penggunaan daya[11]. Kapasitor daya atau biasa disebut kapasitor bank harus mempunyai daya Qc yang sesuai dengan daya reaktif sistem yang faktor dayanya harus diperbaiki. Jika kondisi ini terpenuhi, bank kapasitor akan meningkatkan faktor daya ke nilai maksimumnya (cos φ = 1)[12].
Penelitian  yang  dilakukan  oleh  Ibnu  hajar  dan  Suninda  Megi  Rahayuni  dengan  judul  “Analisis Perbaikan Faktor Daya Menggunakan Kapasitor Bank Di Plant 6 PT. Indocement Tunggal Prakarsa Tbk. Unit  Citeureup”.  Pada  penelitian  ini  berfokus  pada  analisis  jumlah  dan  nilai  kapasitor  bank  yang diperlukan untuk perbaikan faktor daya di PT. Indocement Tunggal Prakarsa[13]. Penelitian berikutnya yang  dijadikan  sebagai rujukan pada  penelitian  ini  adalah penelitian  denagn  judul  “Analisa  Perbaikan Faktor  Daya”  yang  ditulis  oleh  Yendi  Esye,  Sigit  Lesmana.  Penelitian  ini  mentik  beratkan  kebutuhan kapasitor  bank  pada  penggunaan  transformeter  dengan  nilai  faktor  daya  <0.9[4].  Dan  penelitian berikutnya  yang dijadikan  sebaga referensi  adalah  penelitian  dengan  judul “Analisis  Perbaikan  Faktor Daya Untuk Memenuhi Penambahan Beban 300 KVA Tanpa Penambahan Daya PLN”. Penelitian ini juga melakukan  analisis  pada  perbaikan  faktor  daya  untuk  pemenuhan  beban  300KVA  tanpa  perlu penambahan daya PLN[14].
Masalah diatas menjadi dasar dilakukannya penelitian dengan judul “Alat Perbaikan Faktor Daya Beban Listrik Pada Industri Rumah Tangga Menggunakan Arduino”, Modul Perbaikan Faktor Daya (MPF) dapat  menjadi  solusi  untuk  memperbaiki  faktor  daya  yang  dirancang  otomatis  dengan  menggunakan Arduino sebagai kontrol nilai kapasitor bank yang sesuai dengan kebutuhan instalasi jaringan, sehingga sistem secara otomatis menggunakan komponen kapasitor ketika terdeteksi ada penurunan faktor daya. Modul perbaikan faktor daya ini dirancang agar dalam instalasinya mudah dan aman, modul perbaikan faktor daya ini dibuat minimalis dengan display yang mudah dipahami, sehingga mudah digunakan untuk kebutuhan industri skala kecil.

## 2. Metode Penelitian
Metode  penelitian  yang  digunakan  adalah  metode research  and  development ,  secara  garis  besar metode ini meliputi tahapan sebagai berikut:  perencanaan penelitian, studi literasi, perancangan dan
pembuatan  sistem,  kalibrasi,  pengujian  dan  pengambilan  data,  analisis  data  pengujian  dan kesimpulan[15]. Gambar 1 merupakan diagram alir dari proses penelitian yang dilakukan. Dari diagram alir pada Gambar 1 dapat dijelaskan sebagai berikut:
a. Perencanaan penelitian
Kegiatan perencanaan meliputi identifikasi masalah, mencari solusi dari masalah dan merancang sistem
b. Studi literatur
Mempelajari  dan  mengembangkan  penelitian  –  penelitian  sebelumnya  sebagai  bahan  referensi untuk pembaharuan sistem.
c. Perancangan Sistem
Sistem dirancang dengan menggunakan mikrokontroler sebagai basis kendali dan pemroses data yang dikirimkan oleh sesnor tegangan dan sensor arus. Nilai Cosphi akan ditampilkan pada LCD. Otomatisasi perbaikan faktor daya dilakukan oleh komponen berupa kapasitor bank yang disaklar menggunakan relay. Desain rancangan sistem disajikan pada Gambar 2.
Gambar 1. Diagram Alir Proses Penelitian
Sensor Arus
Sensor Tegangan Kapasitor Bank Beban Zero Crossing Detector Phase Detector Arduino LCD Relay AC 220V Netral Gambar 2. Diagram Blok Sistem Alat Koreksi Faktor Daya
Gambar 2 merupakan diagram blok sistem koreksi faktor daya. Sistem dilengkapi dengan sensor tegangan, dan sensor arus, kedua nilai besaran listrik ini merupakan nilai zero crossing detector dan  mendeteksi  perbedaan  fasa  kedua  besaran  tersebut.  Hasil  deteksi  phasa  oleh  fasa  detektor kemudian dikirimkan ke modul arduino untuk kemudian hasil pembacaan faktor daya ditampilkan di LCD dan digunakan sebagai dasar untuk mengaktifkan kapasitor bank sebagai komponen utama koreksi faktor daya. Gambar 3. Adalah gambar skema desain sistem alat koreksi faktor daya beban listrik menggunakan arduino.
Sensor PZEM004T LCD 16X2 Kapasitor Bank Arduino Uno Modul Relay
Gambar 3. Desain Skema Alat Koreksi Faktor Daya
Adapun alur kinerja sistem dijelaskan melalui diagram flowchart sistem pada Gambar 4. Berikut:
Mulai
Inisialisasi input dan output Input sensor tegangan Input sensor arus Konversi gelombang sinus ke gelombang kotak Deteksi beda fasa Cos phi <0.95? Sambungkan kapasitor hingga cos phi>=0.95 Cos phi >=0.95? Selesai tidak tidak
Gambar 4. Diagram Alir Cara Kerja Sistem Koreksi Faktor Daya
d. Pembuatan Sistem
Pada  tahap  pembuatan  sistem  dilakukan  proses  perakitan  komponen  –  komponen  yang diperlukan untuk membuat alat koreksi faktor daya pada industri rumah tangga. Hasil perakitan komponen pada alat koreksi faktor daya diperlihatkan pada Gambar 5.
Gambar 5. Alat Koreksi Faktor Daya Beban Listrik Pada Industri Rumah Tangga
e. Pengujian Sistem Pengujian sistem dari penelitian ini, sebagai berikut:
 Pengujian komponen-komponen yang digunakan.
 Pengujian  sistem  secara  keseluruhan  dengan  menguji  cobakan  berbagai  variasi  model pembebanan.
 Pengujian respon time sistem terhadap perubahan nilai cosphi yang terbaca melalui sensor PZEM-004T.

## 3. Hasil dan Pembahasan
Pengujian  koreksi  factor  daya  dilakukan  untuk  mengetahui  kemampuan  alat  dalam  melakukan koreksi  factor  daya.  Ketika  nilai  factor  daya  kurang  baik  maka  system  akan  megaktifkan  relay  yang terhubung dengan kapasitor sesuai dengan kebutuhannya. Berikut merupakan langkah-langkah dalam pengujian koreksi faktor daya.
a. Menghubungkan alat dengan sumber listrik
b. Menyalakan sumber listrik AC 220V
c. Memberikan  beban  listrik  beberapa  peralatan  listrik  berupa  hand  drill,  pompa  air,  mesin  potong logam, jigsaw, dll.
d. Melakukan pencatatan data hasil pengukuran faktor daya tanpa menggunakan kapasitor bank
e. Melakukan pencatatan data hasil pengukuran faktor daya menggunakan kapasitor bank.
f. Melakukan perbandingan antara nilai factor daya tanpa kapasitor bank dan menggunakan kapasitor bank.
g. Melakukan pengujian otomatisasi switching kapasitor bank jika faktor daya terdeteksi bernilai <9.0. Proses pengukuran dan pengujian alat koreksi faktor daya dengan beban berupa peralatan listrik ditunjukkan pada Gambar 6.
Mohammad Dahlan (Alat Koreksi Faktor Daya Beban Listrik Pada Industri Rumah Tangga Menggunakan Arduino)
Gambar 6. Proses Pengujian Alat Koreksi Faktor Daya dengan beban handdrill

## 3.1 Pengujian Alat Koreksi Faktor Daya
Pengujian alat koreksi faktor daya dilakukan dengan menggunakan beban peralatan listrik yang bersifat  induktif dan  kapasitif  berupa  kipas  angin,  handdrill,  mesin  pemotong  besi,  vacumm  cleaner, solder, dan pompa air. Hasil pengujian alat koreksi faktor daya dengan beban listrik pada industri rumah tangga disajikan pada Tabel 1.
Tabel 1: Pengujian Sistem Koreksi Faktor Daya Pada Beban Peralatan Listrik
No  Nama Alat Listrik Tanpa Koreksi Faktor Daya Dengan Koreksi Faktor Daya Volt (V) Arus (A)  Cosphi (ȹ)  Volt (V)  Arus (A)  Cosphi (ȹ) 1 Vaccum 227 1,9 0,99 227 1,97 0,94 2 Hand Drill 227 1,05 0,61 227 0,83 0,7 3 Gerinda 228 1,03 1 228 1,26 1 4 Solder 229 0,13 1 229 0,76 1 5 Pompa Air 227 0,98 0,67 227 0,7 0,95 6 Selenoid 228 0,08 0,47 228 0,69 0,50 7 Wall Drill 227 0,8 0,97 227 0,99 0,98 8 JigSaw 228 0,74 0,49 228 0,65 0,56 9 Stand Drill 227 0,85 0,95 277 0,98 0,98 10  Pompa Air + Wall Drill 225 1,66 0,86 226 1,43 0,98 11  Pompa Air + Hand Drill 227 1,9 0,67 227 1,51 0,93 12  Pompa Air + JigSaw 228 1,58 0,65 228 1,22 0,94 13  JigSaw + Solder 229 0,89 0,6 229 0,77 0,97 14  Pompa air + Solder 229 1,02 0,77 229 0,8 0,97
Dari hasil pengujian alat koreksi faktor daya pada tabel 1 terlihat bahwa sistem mampu menaikkan nilai faktor daya secara signifikan dengan beban berbagai peralatan listrik. Adapun dari hasil pengujian
tersebut terjadi kenaikan faktor daya rata – rata 42,25%.  Dari hasil pengujian alat koreksi faktor daya tampak  bahwa  sistem  yang  dibuat  mampu  melakukan  koreksi  faktor  daya  secara  signifikan.  Grafik peningkatan perbaikan faktor daya disajikan pada Gambar 7.

## Gambar 7. Perbandingan sistem dengan koreksi faktor daya dan sistem tanpa koreksi faktor daya
Dari Gambar 7 tampak bahwa salat koreksi faktor daya mampu meningkatkan faktor daya secara signifikan dengan berbagai variasi peralatan beban induktif. Hal ini menjadikan konsumsi energi listrik pada penggunaan peralatan yang umum digunakan pada industri rumah tangga lebih efisien.

## 4. Kesimpulan
Dari hasil pengujian yang telah dilakukan yang meliputi proses perancangan alat hingga pengujian Alat Koreksi Faktor Daya Otomatis pada beban listrik industri rumah tangga, dapat disimpulkan bahwa kapasitor  bank dapat  digunakan  sebagai  kompensasi  daya  reaktif pada  tenaga  listrik sehingga  dapat memperbaiki nilai faktor daya yang kurang baik. Koreksi faktor daya dilakukan secara otomatis ketika sistem  mendeteksi  nilai  faktor  daya  <0.9  maka  alat  koreksi  faktor  daya  kemudian  bekerja  dan memperbaiki  faktor  daya  sehingga  mencapai  >0.9.  Dari  hasil  pengujian  alat  koreksi  faktor  daya diperoleh  hasil  rata  –  rata  perbaikan  faktor  daya  mencapai  42,25%  jika  dibandingkan  dengan  tanpa menggunakan alat koreksi faktor daya.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] S. S. Akhmad, M. Z. Budi, and A. R. Sultan, “Analisis Perbaikan Faktor Daya Pada PT. Sari Usaha Mandiri,” Semin. Nas. Tek. Elektro , no. September, 2021.
[2] E. Isnianto, H. N., & Puspitaningrum, “Monitoring Tegangan, Arus, Dan Daya Secara Real Time untuk Perbaikan Faktor Daya Secara Otomatispada Jaringan Listrik Satu Fase Berbasis Arduino,” J. Nas. Teknol. Terap. , vol. 2, no. 1, 2018.
[3] A. Pabla, Sistem Distribusi Daya Elektrik . Jakarta: Erlangga, 1986.
[4] Y. Esye and S. Lesmana, “Analisa Perbaikan Faktor Daya Sistem Kelistrikan,” Sains Teknol. , pp. 103–113, 2021.
[5] P. Pian, I. Sulistiyowati, and A. Wisaksono, “Perancangan Alat Perbaikan Faktor Listrik Rumah Tangga Dengan Monitoring Telegram,” JEECOM J. Electr. Eng. Comput. , vol. 5, no. 1, pp. 71–77, 2023, doi: 10.33650/jeecom.v5i1.5841.
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 N ilai C o sP h i Peralatan Listrik Yang Diuji Perbandingan Sistem dengan koreksi faktor daya dengan sistem tanpa koreksi faktor daya Cosphi
(ȹ) tanpa koreksi faktor daya
[6] T.  N.  Hartono,  “Perancangan  Alat  Perbaikan  Faktor  Daya  Beban  Rumah  Tangga  dengan Menggunakan Switching Kapasitor dan Induktor Otomatis,” Tek. Elektro Univ. Brawijaya , 2014.
[7] H.  Ndikade,  S.  Salim,  and  S.  Abdussamad,  “Studi  Perbaikan  Faktor  Daya  Pada  Jaringan  Listrik Konsumen Di Kecamatan Katobu Kabupaten Muna,” Jambura J. Electr. Electron. Eng. , vol. 4, no. 1, pp. 52–59, 2022, doi: 10.37905/jjeee.v4i1.11989.
[8] D.  Sancipto,  D.  Notosudjono,  and  S.  Utama,  “Perancangan  Alat  Perbaikan  Faktor  Daya  Rumah Tangga Dengan Kapasitor Bank Otomatis Berbasis Internet Of Things (IoT),” J. Online Mhs. Bid. Tek. Elektro , vol. 1, no. 1, pp. 1–12, 2020.
[9] S.  Mustafa  and  U.  Muhammad,  “Rancang  Bangun  Sistem  Monitoring  Penggunaan  Daya  Listrik Design and Development of Electricity Use Monitoring System Based on Smartphone,” MEDIA Elektron. , vol. 17, no. 3, pp. 127–130, 2020.
[10] M. Dahlan, B. Wibowo Cahyo, and Solekhan, “Monitoring the Amount of Electricity Installation Using the Android Application,” J. Tek. Elektro dan Komput. , vol. 11, no. 2, pp. 77–86, 2022.
[11] T. Nusa, A. S. R. U. A. Sompie, and E. M. Rumbayan, “Sistem Monitoring Konsumsi Energi Listrik Secara Real Time Berbasis Mikrokontroler,” E-Jurnal Tek. Elektro dan Komput. , vol. 4, no. 5, pp. 19–26, 2015.
[12] T. Gonen, Electric Power Distribution Sistem Engineering. Singapore . McGraw-Hill Book Company., 1987.
[13] I. Hajar and S. M. Rahayuni, “ANALISIS PERBAIKAN FAKTOR DAYA MENGGUNAKAN KAPASITOR BANK DI PLANT 6 PT. INDOCEMENT TUNGGAL PRAKARSA Tbk. UNIT CITEUREUP,” Setrum  Sist. Kendali-Tenaga-elektronika-telekomunikasi-komputer ,  vol.  9,  no.  1,  p.  8,  2020,  doi: 10.36055/setrum.v9i1.8111.
[14] A.  M.  Somantri,  “ANALISIS  PERBAIKAN  FAKTOR  DAYA  UNTUK  MEMENUHI  PENAMBAHAN BEBAN 300 kVA,” Fak. Teknol. Ind. – Inst. Sains Teknol. Nas. , vol. XIX, no. 1, pp. 33–44, 2017.
[15] R. Ningsih and N. Y. D. Setyaningsih, “Implementasi Teknologi NFC dengan E-KTP untuk Digital Presensi Notifikasi Bot Telegram,” J. Tek. Elektro Uniba (JTE UNIBA) , vol. 7, no. 2, pp. 350–354, 2023, doi: 10.36277/jteuniba.v7i2.133.