Power Factor Correction Device: Guide

A power factor correction device menyuplai daya reaktif yang dekat dengan beban induktif, sehingga mengurangi arus reaktif yang diambil dari utilitas. Jika diterapkan dengan benar, bank kapasitor dapat menurunkan arus, membebaskan kapasitas transformator dan kabel, mengurangi rugi-rugi, serta membantu menghindari denda dari utilitas. Desainnya harus sesuai dengan profil beban nyata dan lingkungan harmonik; sekadar memasang bank terbesar yang tersedia dapat menyebabkan koreksi berlebih, resonansi, atau kerusakan peralatan.

Apa yang diubah oleh koreksi faktor daya

Faktor daya adalah rasio daya nyata dalam kilowatt terhadap daya tampak dalam kilovolt-ampere: PF = kW ÷ kVA. Motor, transformator, mesin las, dan lampu pelepasan mengonsumsi daya reaktif induktif. Kapasitor menghasilkan daya reaktif pada arah yang berlawanan, sehingga sistem hulu membawa lebih sedikit arus yang tidak perlu sementara kW yang berguna pada dasarnya tetap tidak berubah.

Keuntungan utama dari koreksi faktor daya adalah arus saluran yang lebih rendah, penurunan tegangan dan rugi-rugi I²R yang berkurang, kapasitas yang lebih dapat digunakan pada transformator dan switchgear, serta kemungkinan pengurangan biaya beban puncak (demand charges). Hal ini tidak secara langsung mengurangi energi yang dikonsumsi oleh beban mekanis, dan tidak dapat memperbaiki efisiensi yang buruk atau ketidakseimbangan beban.

Cara menentukan ukuran bank kapasitor

Untuk beban riil yang diketahui, koreksi yang diperlukan umumnya diperkirakan dengan Qc = P × (tan φ1 − tan φ2), di mana P adalah beban dalam kW, φ1 adalah sudut pada faktor daya eksisting, dan φ2 adalah sudut pada faktor daya target. Sebagai contoh, mengoreksi 500 kW dari faktor daya 0,75 ke 0,95 memerlukan sekitar 277 kVAr. Penentuan ukuran akhir sebaiknya menggunakan interval permintaan terukur daripada hanya berpatokan pada pelat nama peralatan.

Target seperti 0,95 hingga 0,98 biasanya lebih aman daripada mencoba mempertahankan nilai satu di bawah setiap kondisi pengoperasian. Jika beban bervariasi, bagilah total kVAr menjadi beberapa tahap. Tahap terkecil menentukan resolusi pengontrol, sementara urutan tahap yang masuk akal mencegah penyakelaran yang terus-menerus di sekitar target.

Metode koreksi yang tetap, otomatis, dan cepat

Kapasitor tetap

Kapasitor tetap cocok untuk beban individual yang stabil, seperti motor yang dioperasikan secara terus-menerus. Kapasitor tersebut harus dinyalakan bersama beban dan diperiksa terhadap batas eksitasi sendiri. Koreksi tetap pada transformator atau motor yang sedikit diberi beban dapat menghasilkan faktor daya mendahului.

Bank kapasitor otomatis

An automatic power factor correction device bank uses a controller to add or remove contactor-switched stages. It is the usual choice for a main low-voltage distribution board serving multiple variable loads. The bank should coordinate with the incoming breaker and the site’s gardu induk pra-pasang kapasitas.

Solusi berbasis sakelar tiristor dan aktif

Beban yang berfluktuasi secara cepat mungkin memerlukan penyakelaran tiristor karena kontaktor konvensional tidak dapat mengikuti perubahan dengan cukup cepat. Koreksi faktor daya aktif pada peralatan elektronik dan filter harmonik aktif menggunakan elektronika daya; ini berbeda dari bank kapasitor shunt konvensional. Peralatan koreksi faktor daya yang tepat bergantung pada waktu respons, spektrum harmonik, tegangan, dan perilaku beban.

Harmonisa dan reaktor detuned

Kapasitor dan induktansi sistem hulu dapat membentuk rangkaian resonansi. Penggerak frekuensi variabel, sistem UPS, penyearah, dan beban nonlinier serupa dapat menyuntikkan harmonisa yang diperkuat pada resonansi. Gejalanya meliputi kapasitor yang terlalu panas, beroperasinya sekring, kerusakan kontaktor, distorsi tegangan, dan masa pakai yang lebih pendek.

Oleh karena itu, survei harmonisa harus mendahului perancangan pada sistem industri. Reaktor detuned yang dihubungkan secara seri dengan tingkat kapasitor menggeser resonansi di bawah harmonisa yang mengganggu dan membatasi arus surya (inrush current). Jika distorsi parah, bank terfilter atau filter harmonisa aktif mungkin diperlukan. Bank tersebut juga harus dikoordinasikan dengan switchgear tegangan menengah dan rel pelindung yang ada.

Perlindungan, pengalihan, dan instalasi

Arus kapasitor dapat melebihi nilai nominalnya karena toleransi tegangan dan harmonisa. Pilih kabel, busbar, pemutus arus, sekering, kontaktor, dan reaktor untuk tugas kontinu dan lonjakan arus yang ditentukan pabrikan. Kontaktor khusus kapasitor menggunakan resistor pra-pengisian atau susunan pembatas untuk mengendalikan transien penyakelaran.

Sediakan resistor pengosongan, ventilasi enklosur, pembumian, label peringatan, dan jarak bebas yang memadai. Suhu sangat penting karena masa pakai kapasitor menurun dengan cepat ketika bahan dielektrik beroperasi terlalu panas. Bank tegangan menengah mungkin juga memerlukan proteksi ketidakseimbangan, penangkal surja, perangkat pemutusan khusus, dan interlock yang kompatibel dengan peralatan seperti switchgear berbalut logam 40,5 kV.

Daftar periksa pengujian dan pemeliharaan

Sebelum pemberian tegangan, verifikasi kapasitansi, insulasi, pengawatan, torsi, pembumian, ukuran sekering, masukan pengontrol, polaritas transformator arus, dan waktu pengosongan. Berikan tegangan pada setiap tahap secara individual dan catat arus, tegangan, kVAr, faktor daya, suhu, dan total distorsi harmonik. Pastikan bahwa pengontrol melepas tahap-tahap tersebut saat beban turun.

Selama beroperasi, periksa adanya penonjolan, kebocoran, perubahan warna, sambungan yang longgar, kipas yang rusak, kebisingan yang tidak normal, arus fasa yang tidak seimbang, dan pengoperasian sekring yang berulang. Lakukan analisis tren pada faktor daya dan pembacaan harmonisa alih-alih hanya mengandalkan tampilan pengontrol. Kegagalan yang berulang adalah peringatan sistem yang memerlukan investigasi, bukan sekadar penggantian kapasitor lagi.

Cara menentukan sistem koreksi yang tepat

Berikan kepada pemasok voltase dan frekuensi sistem, profil kW/kVAr/PF yang terukur, kapasitas dan impedansi trafo, tingkat hubung singkat, spektrum harmonisa, pola peralihan beban, kondisi sekitar, persyaratan rumah/enklosur, tingkat gangguan yang tersedia, dan faktor daya target yang diinginkan. Informasi ini memungkinkan pabrikan untuk memilih ukuran tahap, voltase pengenal kapasitor, detuning, teknologi peralihan, proteksi, dan ventilasi sebagai satu sistem yang terkoordinasi.

Power factor correction device selection

A correction device may be a fixed capacitor, automatic capacitor bank, detuned bank, active filter, synchronous device or inverter control. Select the method from the measured load profile, target, harmonic spectrum, switching frequency, available space and utility requirement. The calculated kvar is only a starting point; verify continuous current, inrush, discharge, protection and thermal duty with the manufacturer.

Place current transformers where the controller can see the power flow it is intended to regulate. Check CT polarity, phase mapping, deadband, switching delay, discharge time and minimum load. Review whether the equipment can become leading at night or during production breaks. A harmonic study may be required before connecting capacitors to a system with drives, UPS units or rectifiers.

Video teknik netral

This neutral power-quality video supplements the calculation; final correction settings require measured site data and an approved engineering review.