Kapasitas transformator dan kemampuan beban yang disuplaynya – Sebuah transformator dilengkapi dengan nameplate yang menampilkan beberapa informasi terkait spesifikasi transformator tersebut, terutama kapasitas transformator yang satuannya yakni VA, kVA atau MVA.
Sebenarnya postingan ini terinspirasi dari pengalaman yang saya dapati dilapangan mengenai pemahaman perihal kapasitas transformator dengan besarnya kemampuan daya yang sanggup disuplaynya untuk memenuhi kebutuhan beban yang terpasang.
Permasalahan yang saya temui adalah, masih banyaknya yang menganggap nilai sebuah kapasitas transformator (VA) mengambarkan besarnya nilai daya (kW) yang sanggup disuplay oleh transformator tersebut.
Dari pemahaman saya, pendapat tersebut tidak sepenuhnya salah bila kita berhadapan dengan beban yang resistif, kenapa ?
Karena pada beban yang resistif kita hanya mengenal beban tahanan murni yaitu R dalam satuan ohm. Sehingga bila beban yang disuplay oleh sebuah transformator yakni tahanan murni maka daya yang diserapnya cukup dengan rumusan V x I , cocok dengan satuan kapasitas transformator yaitu VA (Volt-Ampere).
Karena pada beban yang resistif kita hanya mengenal beban tahanan murni yaitu R dalam satuan ohm. Sehingga bila beban yang disuplay oleh sebuah transformator yakni tahanan murni maka daya yang diserapnya cukup dengan rumusan V x I , cocok dengan satuan kapasitas transformator yaitu VA (Volt-Ampere).
Pembahasan mengenai kapasitas daya dari transforamtor tidak lepas dari hukum dasar dari segi tiga daya, S (VA),P (kW) dan Q (kVAR) sbb :
Note :
- P = kW
- Q = kVAR
- S = kVA
Bila beban resistif, sudut θ yakni 0o, sebab nilai Q yakni 0 maka garis S berhimpit dengan garis P, sehingga nilai S sama dengan P atau nilai VA = kW. Lain halnya bila beban yang akan disuplay bersifat kapasitif atau induktif. Sehingga nilai Q akan muncul, dan sudut θ akan berobah menyesuaikan dengan besar kecilnya nilai Q.
Cos θ merupakan nilai cosinus dari besarnya sudut yang dibuat yang sering dikenal dengan istilah faktor daya.
Dalam hal ini, yang penting untuk diingat yakni rumus segitiga daya, dimana :
Untuk 3 phasa
- P = √3 x V x I x Cos θ
- Q = √3 x V x I x Sin θ
- S = √3 x V x I S = √(P2 + Q2)
- P = V x I x Cos θ
- Q = V x I x Sin θ
- S = V x I S = √(P2 + Q2)
Kembali kecerita diatas, sebetulnya untuk merencanakan berapa besar kapasitas transformator yang dibutuhkan untuk menyuplay suatu beban tidak semudah yang diperkirakan, tidak cukup dengan formula segi tiga daya saja, perlu kajian mendalam mengenai load flow analisis, karakteristik beban, pola pembebanan dll. Kita tidak akan membahas hal – hal rumit tersebut, disini kita coba memberikan secara sederhana terkait kapasitas transformator yang akan digunakan.
Pada prakteknya, beban yang ditemui tidak selamanya bersifat resistif, disana ada komponen induktif dan komponen kapasitif. Sehingga dengan adanya sifat beban tersebut, maka nilai Q pada segitiga daya akan muncul. Bisa minus ataupun plus. Dan segi tiga dayapun bisa mengarah keatas ataupun kebawah, sesuai dengan sudut θ yang dibuat akhir berobahnya nilai Q.
Kembali ke kapasitas transformator, hingga kapanpun satuan kapasitas transformator yakni VA, bisa kVA ataupun MVA.
Pertanyaannya adalah, kenapa tidak kW menyesuaikan dengan satuan beban yang akan disuplaynya.
Jawabannya adalah, sebab transformator bukanlah sebuah beban, transformator berfungsi untuk menyuplai beban dengan arus maksimum yang sesuai dengan kapasitasnya sama halnya dengan generator. Beda halnya dengan motor. Setiap motor , dipastikan satuan dayanya yakni kW. Karena motor mendapatkan suplay dan mempunyai sifat induktif sehingga disana ada faktor Q menyerupai yang kita bahas diatas.
Sekarang, apabila sebuah transformator tiga phasa mempunyai kapasitas tertentu, misalkan 1000 kVA dengan tegangan sisi LV yakni 380 V. Berarti menurut rumus , S = √3 x V x I, arus maksimum yang bisa dialirkannya yakni :
- S = √3 x V x I
- I = S / ( √3 x V )
- I = 1000 kVA / (( √3 x 380 )
- I = 1519 A
Sekarang kita beralih ke beban yang akan disuplaynya.
Seperti yang telah disampikan diatas, beban yang ditemui dilapangan tidak selalu murni resistif, kadangkala bersifat induktif maupun kapasitif. Dikarenakan sifat beban tersebut, maka nilai Q akan timbul. Dikarenakan adanya nilai Q, maka akan ada sudut θ. Sehingga ada nilai faktor daya disana sesuai dengan nilai Cosinus dari sudut yang dibentuk.
Pada rumusan segitiga daya, nilai P untuk tiga phasa dihitung dari :
- P = √3 x V x I x Cos θ,
Maka P bisa disederhanakan menjadi P = S x Cos θ.
Kapasitas transformator untuk menyuplai beban tertentu harus sesuai dengan VA nya (S), tapi pada daya berapa P (kW) sebuah transformator bisa menyuplai 100% tergantung dari besarnya nilai Faktor daya yang ditimbulkan oleh sifat beban yang akan disuplaynya.
Nilai maksimum Cos θ atau faktor daya yakni 1 yaitu pada sudut θ = 0o pada segitiga daya, dimana nilai Q = 0 , sehingga S = P. Hal ini sesuai dengan kaidah trigonometri , Cos 0o = 1.
Ketika beban yang disuplay transformator bersifat induktif atau kapasitif, nilai Q akan berobah, sehingga sudut θ akan terbentuk, membesar atau mengecil sesuai dengan nilai Q.
Sudut θ yang terbentuk ada dalam range 0o – 90o. Sehingga nilai Cos θ (faktor daya) ada pada range nilai 1 – 0. Sekarang, apabila faktor daya beban ada pada nilai tertentu, maka 100% kapasitas transformator untuk menyuplai beban adalah, sebgai berikut :
Bila nilai Cos θ = 0.85, maka 100% kapasitas transformator ada pada daya :
- P = S x Cos θ,
- P = S x 0.85
- P = S x Cos θ
- P = 1000 kVA x 0.85
- P = 850 kW.
Untuk beban dengan faktor daya yang lebih rendah, misalkan 0.70, transformator 1000 kVA akan terbebani 100% pada beban :
- P = 1000 kVA x 0.70 P = 700 kW
Dari pembahasan diatas, untuk memilih kapasitas transformator yang akan dipakai untuk menyuplai beban tertentu, hal utama yang harus diketahui yakni besarnya faktor daya beban tersebut dan tentu saja besarnya beban yang akan disuplaynya.
Seperti contoh, apabila beban yang disuplay yakni 800 kW, secara nilai, transformator 1000 kVA tentu sanggup menyuplai beban tersebut. Tapi apabila faktor daya beban 800 kW tersebut yakni 0.70 apakah transformator 1000 kVA masih cocok dipakai , tentu saja perlu kita kaji terlebih dahulu, menyerupai pola dibawah ini :
Beban terpasang yakni 800 kW dengan faktor daya 0.70, maka daya transformator yang cocok untuk beban tersebut yakni :
- P = S x Cos θ
- S = P / Cos θ
- S = 800 kW / 0.70
- S = 1142 kVA.
Namun bukan berarti transforamtor 1000 kVA tidak bisa dipakai , ada langkah lain yang mesti dilakukan, yaitu memperbesar nilai faktor daya sehingga nilai S pada perhitungan diatas menjadi lebih kecil atau sama dengan 1000 kVA.
Kalau kita coba menghitung ulang, nilai S akan menjadi 1000 kVA pada faktor daya :
- P = S x Cos θ
- Cos θ = P / S
- Cos θ = 800 kW / 1000 kVA
- Cos θ = 0.80
Bagaimana cara menaikkan faktor daya atau bahasa lainnya memperbaiki faktor daya sudah pernah kita bahas pada postingan sebelumnya. Silahkan lihat disini.
Ok, kini mudah-mudahan kita semua telah sanggup memahami korelasi kapasitas transforamtor (VA) dengan daya yang disuplaynya (kW) serta faktor daya yang mempengaruhinya.
Ada sedikit yang perlu saya ingatkan, supaya transformator mempunyai umur yang panjang, dan saya pikir berlaku untuk semua peralatan lainnya, yaitu :
Jangan pernah mengoperasikan suatu peralatan secara terus menerus dikapasitas 100%
Pada kondisi tertentu, sebab keadaan emergency, boleh saja dioperasikan 100% ataupun maksimum 110% tetapi bukan untuk terus menerus. Agar transformator berumur panjang, perlu dipertimbangkan batas beban normal yang akan disuplaynya, idealnya ada pada angka 80%.
Jadi, bila kita ambil pola transformator 1000 kVA diatas, ideal operasinya yakni di angka 800 kVA (80% x 1000 kVA). Sehingga bila faktor daya beban yang akan disuplaynya yakni 0.85 , maka transformator 1000 kVA akan menyuplai beban pada angka :
- P = S x Cos θ
- P = 1000 kVA x 0.85
- P = 850 kW
Kaprikornus transformator akan lebih baik dan kondusif bila dioperasikan pada beban 680 – 700 kW pada faktor daya 0.85.
Kadang kala kita tidak mengetahui berapa faktor daya beban yang akan disuplay oleh sebuah transformator dan informasi yagn diketahui hanya nilai beban, misalkan 1000 kW.
Maka untuk memilih nilai transformator pada beban 1000 kW dengan faktor daya yang tidak diketahui, untuk amannya ambil faktor daya yang terjelek yang bisa timbul pada beban tersebut. Biasanya diangka 0.70 atau 0.75.
Misalkan kita memutuskan faktor dayanya diangka 0.75. Maka kapasitas transformator yang akan kita sediakan yakni :
- P = S x Cos θ
- S = P / Cos θ
- S = 1000 kW / 0.75 S = 1333 kVA
- S = 1333 kVA / 0.8
- S = 1666 kVA – 1750 kVA (menyesuaikan dengan nilai yang ada dipasaran).
Misalkan, faktor daya sebetulnya yakni 0.6, maka kapasitas transformator yang diharapkan yakni :
- P = S x Cos θ
- S = P / Cos θ
- S = 1000 kW / 0.6
- S = 1666 kVA
Disamping hal diatas, faktor 80% juga bermanfaat apabila seandainya ada penambahan beban dikemudian hari. Tentu saja juga mempertimbangkan besar kecilnya penambahan beban tersebut.
Selain memperhatikan keamanan operasi transformator, umur pemakaian dan adanya penambahan beban nantinya, pertimbangan hemat terkait pengadaan sebuah transforamtor juga penting sebab semakin tinggi kapasitas transformator maka harganya juga semakin mahal.
Disinilah diharapkan pentingnya menyeimbangkan antara kebutuhan operational dan pemeliharaan transformator dan finansial.
