Istilah faktor daya atau power factor (PF) atau cos phi
merupakan istilah yang sering sekali dipakai di bidang-bidang yang
berkaitan dengan pembangkitan dan penyaluran energi listrik. Faktor daya
merupakan istilah penting, tidak hanya bagi penyedia layanan listrik,
namun juga bagi konsumen listrik terutama konsumen level industri.
Penyedia layanan listrik selalu berusaha untuk menghimbau konsumennya
agar berkontribusi supaya faktor daya menjadi lebih baik, pun para
konsumen industri juga berusaha untuk mendapatkan faktor daya yang baik
agar tidak sia-sia bayar mahal kepada penyedia layanan. Apakah
sebenarnya yang dimaksud dengan faktor daya? Tulisan ini akan membahas
secara ringkas tentang faktor daya.
Faktor daya
Pada pembahasan kali ini, asumsi yang
digunakan adalah sistem listrik menggunakan sumber tegangan berbentuk
sinusoidal murni dan beban linier. Beban linier adalah beban yang
menghasilkan bentuk arus sama dengan bentuk tegangan. Pada kasus sumber
tegangan berbentuk sinusoidal murni, beban linier mengakibatkan arus
yang mengalir pada jaringan juga berbentuk sinusoidal murni. Beban
linier dapat diklasifikasikan menjadi 4 macam, beban resistif, dicirikan dengan arus yang sefasa dengan tegangan; beban induktif, dicirikan dengan arus yang tertinggal terhadap tegangan sebesar ; beban kapasitif, dicirikan dengan arus yang mendahului terhadap tegangan sebesar , dan beban yang merupakan kombinasi dari tiga jenis tersebut, dicirikan dengan arus yang tertinggal/mendahului tegangan sebesar sudut, katakan, . Gambar 1 menunjukkan tegangan dan arus pada berbagai beban linier.
Gambar 1. Tegangan, arus, daya, pada berbagai jenis beban linier.
Seperti kita tahu, pada listrik, daya
bisa diperoleh dari perkalian antara tegangan dan arus yang mengalir.
Pada kasus sistem AC dimana tegangan dan arus berbentuk sinusoidal,
perkalian antara keduanya akan menghasilkan daya tampak (apparent power), satuan volt-ampere (VA)) yang memiliki dua buah bagian. Bagian pertama adalah daya yang termanfaatkan oleh konsumen, bisa menjadi gerakan pada motor, bisa menjadi panas pada elemen pemanas, dsb; daya yang termanfaatkan ini sering disebut sebagai daya aktif (real power) memiliki satuan watt (W) yang mengalir dari sisi sumber ke sisi beban bernilai rata-rata tidak nol. Bagian kedua adalah daya yang tidak termanfaatkan oleh konsumen, namun hanya ada di jaringan, daya ini sering disebut dengan daya reaktif (reactive power) memiliki satuan volt-ampere-reactive
(VAR) bernilai rata-rata nol. Untuk pembahasan ini, arah aliran daya
reaktif tidak didiskusikan saat ini. Beban bersifat resistif hanya
mengonsumsi daya aktif; beban bersifat induktif hanya mengonsumsi daya
reaktif; dan beban bersifat kapasitif hanya memberikan daya reaktif.
Untuk memahami istilah “daya
termanfaatkan” dan “daya tidak termanfaatkan”, analogi ditunjukkan pada
Gambar 2. Pada analogi tersebut, orang menarik kereta ke arah kiri
dengan memberikan gaya yang memiliki sudut terhadap bidang datar, dengan
asumsi kereta hanya bisa bergerak ke arah kiri saja tetapi tidak bisa
ke arah selainnya. Gaya yang diberikan dapat dipecah menjadi dua bagian
gaya yang saling tegak lurus, karena kereta berjalan ke kiri maka gaya
yang “bermanfaat” pada kasus ini hanyalah bagian gaya yang mendatar
sedangkan bagian gaya yang tegak lurus “tidak bermanfaat”. Dengan kata
lain, tidak semua gaya yang diberikan oleh si orang terpakai untuk
menggerakkan kereta ke arah kiri, ada sebagian gaya yang diberikannya
namun tidak bermanfaat (untuk menggerakkan ke arah kiri). Apabila dia
menurunkan tangannya hingga tali mendatar maka semua gaya yang dia
berikan akan termanfaatkan untuk menggerakan kereta ke arah kiri.
Gambar 2. Analogi: Usaha untuk menggerakkan kereta ke arah kiri.
Sama halnya dengan listrik, bergantung
pada kondisi jaringan, daya tampak yang diberikan oleh sumber tidak
semuanya bisa dimanfaatkan oleh konsumen sebagai daya aktif, dengan kata
lain terdapat porsi daya reaktif yang merupakan bagian yang tidak
memberikan manfaat langsung bagi konsumen. Rasio besarnya daya aktif yang bisa kita manfaatkan terhadap daya tampak yang dihasilkan sumber inilah yang disebut sebagai faktor daya.
Ilustrasi segitiga daya pada Gambar 3 memberikan gambaran yang lebih
jelas. Daya tampak (S) terdiri dari daya aktif (P) dan daya reaktif (Q).
Antara S dan P dipisahkan oleh sudut , yang merupakan sudut yang sama dengan sudut antara tegangan dan arus yang telah disebutkan di awal. Rasio antara P dengan S tidak lain adalah nilai cosinus dari sudut . Apabila kita berusaha untuk membuat sudut semakin kecil maka S akan semakin mendekat ke P artinya besarnya P akan mendekati besarnya S. Pada kasus ekstrim dimana , , artinya semua daya tampak yang diberikan sumber dapat kita manfaatkan sebagai daya aktif, sebaliknya , artinya semua daya tampak yang diberikan sumber tidak dapat kita manfaatkan dan menjadi daya reaktif di jaringan saja.
Faktor daya bisa dikatakan sebagai
besaran yang menunjukkan seberapa efisien jaringan yang kita miliki
dalam menyalurkan daya yang bisa kita manfaatkan. Faktor daya dibatasi
dari 0 hingga 1, semakin tinggi faktor daya (mendekati 1) artinya
semakin banyak daya tampak yang diberikan sumber bisa kita manfaatkan,
sebaliknya semakin rendah faktor daya (mendekati 0) maka semakin sedikit
daya yang bisa kita manfaatkan dari sejumlah daya tampak yang sama. Di
sisi lain, faktor daya juga menunjukkan “besar pemanfaatan” dari
peralatan listrik di jaringan terhadap investasi yang dibayarkan.
Seperti kita tahu, semua peralatan listrik memiliki kapasitas maksimum
penyaluran arus, apabila faktor daya rendah artinya walaupun arus yang
mengalir di jaringan sudah maksimum namun kenyataan hanya porsi kecil
saja yang menjadi sesuatu yang bermanfaat bagi pemilik jaringan.
Baik penyedia layanan maupun konsumen
berupaya untuk membuat jaringannya memiliki faktor daya yang bagus
(mendekati 1). Bagi penyedia layanan, jaringan dengan faktor daya yang
jelek mengakibatkan dia harus menghasilkan daya yang lebih besar untuk
memenuhi daya aktif yang diminta oleh para konsumen. Apabila konsumen
didominasi oleh konsumen jenis residensial maka mereka hanya membayar
sejumlah daya aktif yang terpakai saja, artinya penyedia layanan harus
menanggung sendiri biaya yang hanya menjadi daya reaktif tanpa
mendapatkan kompensasi uang dari konsumen. Sebaliknya bagi konsumen
skala besar atau industri, faktor daya yang baik menjadi keharusan
karena beberapa penyedia layanan kadang membebankan pemakaian daya aktif
dan daya reaktif (atau memberikan denda faktor daya) tentu saja
konsumen tidak akan mau membayar mahal untuk daya yang “tidak
termanfaatkan” bagi mereka.
Perbaikan faktor daya
Salah satu cara untuk memperbaiki faktor
daya adalah dengan memasang kompensasi kapasitif menggunakan kapasitor
pada jaringan tersebut. Kapasitor adalah komponen listrik yang justru
menghasilkan daya reaktif pada jaringan dimana dia tersambung. Pada
jaringan yang bersifat induktif dengan segitiga daya seperti ditunjukkan
pada Gambar 3, apabila kapasitor dipasang maka daya reaktif yang harus
disediakan oleh sumber akan berkurang sebesar
(yang merupakan daya reaktif berasal dari kapasitor). Karena daya aktif
tidak berubah sedangkan daya reaktif berkurang, maka dari sudut pandang
sumber, segitiga daya yang baru diperoleh; ditunjukkan pada Gambar 4
garis oranye. Terlihat bahwa sudut mengecil akibat pemasangan kapasitor tersebut sehingga faktor daya jaringan akan naik.
Pada artikel ini telah dibahas pengertian
dari daya dan faktor daya pada jaringan listrik. Perbaikan faktor daya
dapat dilakukan dengan cara kompensasi kapasitif menggunakan kapasitor.