Apakah itu Faktor Kuasa (Power Factor)?5 min read

Faktor kuasa atau power factor merupakan istilah yang penting dalam kejuruteraan elektrik, lebih-lebih lagi dalam penjanaan dan pengagihan kuasa dari pembekal elektrik seperti Tenaga Nasional Berhad (TNB) kepada pengguna. Dari sudut mata jurutera elektrik, ianya amat penting untuk mengurus faktor kuasa dalam rangkaian grid elektrik supaya tiada masalah berlaku pada ekuipmen. Manakala, dari sudut pandang pengguna, faktor kuasa yang anda hasilkan menentukan sama ada anda dikenakan surcaj oleh pembekal tenaga. Oleh itu penting untuk kita memahami apakah itu faktor kuasa (power factor).

Maksud Faktor Kuasa

Apakah itu faktor kuasa? Faktor kuasa adalah nisbah antara kuasa sebenar (real power) yang diserap beban elektrik dan kuasa ketara (apparent power) yang mengalir di dalam litar. Faktor kuasa adalah nombor yang tiada unit dan mempunyai nilai daripada -1 hingga 1. Nilai faktor kuasa kurang daripada satu bermaksud voltan dan arus elektrik tidak berada dalam fasa yang sama. Faktor kuasa yang bernilai negatif bermaksud beban elektrik sedang menghasilkan kuasa menyebabkan ia mengalir balik ke punca elektrik.

Ianya merupakan ukuran untuk menentukan adakah bekalan tenaga elektrik ditukarkan kepada output yang berguna secara effisien. Apabila faktor kuasa mempunyai nilai kurang daripada satu, tenaga yang ‘hilang’ dikenali sebagai kuasa reaktif (reactive power) yang diperlukan untuk menghasilkan medan magnet yang diperlukan oleh motor dan beban induktif lain.

Teori Dalam Faktor Kuasa

Segi Tiga Kuasa (Power Triangle)

Segi tiga kuasa memberi gambaran kaitan antara kuasa sebenar, kuasa reaktif dan kuasa ketara. Seperti yang ditunjukkan di dalam gambarajah, faktor kuasa bersamaan dengan cos θ. Tambahan pula, θ juga merupakan perbezaan darjah antara voltan dan arus elektrik yang tidak berada dalam fasa yang sama.

Analogi untuk memahami faktor kuasa

Masih tidak faham apakah itu kuasa sebenar, reaktif dan ketara? Mari kita gunakan analogi teh tarik untuk memahami apakah peranan yang dimainkan oleh mereka.

Bayangkan anda memesan segelas air tarik di kedai mamak. Setelah menunggu beberapa minit, teh tarik kegemaran anda telah pun siap, penuh diisi di dalam sebuah gelas. Lebih menggiurkan lagi, teh tarik anda disaluti bebuih yang gebu diatasnya. Sayang sekali, buih itu hanya wujud untuk beberapa seketika. Anda cuba untuk meminum buih itu, namun buih tersebut tidak mampu menghilangkan kehausan tekak anda. Hanya teh dibawahnya yang berguna untuk anda minum. Lebih banyak buih daripada air teh yang anda dapat, lebih mahal anda bayar untuk secawan teh tarik. Sama seperti bil elektrik di premis anda.

Teh tarik anda boleh dianalogikan dengan tenaga elektrik. Disini,

• Gelas ialah kuasa ketara (VA). Ianya merupakan tenaga yang dibekalkan oleh pembekal elektrik.
• Air teh ialah kuasa sebenar (W). Merupakan tenaga yang berguna.
• Buih ialah kuasa reaktif (VAR). Merupakan tenaga yang terbazir. Dalam erti kata lain, tenaga yang tidak digunakan untuk membuat kerja yang berguna.

Faktor tenaga bersamaan satu (unity power factor) umpama teh tarik yang tiada buih dimana tehnya diisi sehingga gelas penuh.

Kenapa faktor kuasa tinggi penting?

Dalam sistem kuasa elektrik, beban yang mempunyai faktor kuasa yang rendah akan menarik arus yang lebih banyak berbanding daripada beban dengan faktor kuasa tinggi pada jumlah kuasa berguna yang sama dipindahkan. Arus elektrik yang tinggi menyebabkan kehilangan tenaga yang tinggi dalam sistem pengagihan tenaga (distribution system) dan memerlukan kabel dan ekuipmen yang lebih besar. Ini mengakibatkan kos operasi menjadi lebih mahal ditanggung oleh pembekal tenaga. Oleh hal yang demikian, pembekal tenaga biasanya akan mengenekan caj yang lebih tinggi kepada pelanggan industri dan komersial yang mempunyai faktor kuasa yang rendah. Pengguna biasanya disarankan untuk mengekalkan faktor kuasa pada 0.85 atau 0.90 dan keatas untuk mengelakkan surcaj.

Dari sudut pengguna, faktor kuasa yang tinggi akan memelihara perkakasan elektrik dan memanjangkan jangka hayat. Selain itu, faktor kuasa tinggi juaga mengurangkan pembaziran elektrik seterusnya memelihara alam sekitar.

Punca kenapa faktor kuasa rendah

Punca utama yang menyebabkan faktor kuasa menjadi rendah ialah kerana beban induktif. Tidak seperti beban resistif yang mewujudkan haba dengan memakan kilowatt, beban induktif memerlukan kuasa reaktif untuk membuat medan magnet, dan medan magnet menghasilkan kerja yang diinginkan. Contoh beban induktif adalah:

• Beban induktif seperti transformer dan motor elektrik.
• Motor penjana seperti penjana kincir angin
• Pencahayaan intensiti tinggi atau high intensity discharge lighting (HID)

Langkah untuk memperbaiki faktor kuasa

Pengguna industri dan komersial merupakan pihak yang paling banyak mempengaruhi faktor kuasa sesebuah grid kerana mereka banyak menggunakan beban induktif. Disebabkan itu, pembekal tenaga akan mengenakan caj untuk premis yang mempunyai faktor kuasa rendah. Langkah-langkah yang boleh dilakukan untuk mengelakkan caj tersebut ialah:

• Memasang ekuipmen yang boleh meningkatkan faktor kuasa seperti bank kapasitor.
• Mengelakkan penggunaan perkakasan elektrik berasaskan motor tanpa beban atau beban yang disyorkan oleh pengeluar.
• Mengguna perkakasan elektrik berasaskan motor yang mempunyai faktor kuasa yang tinggi.
• Mengguna perkakasan elektrik bermotor yang mempunyai penarafan SIRIM dan label cekap tenaga.
• Mengelakkan penggunaan ekuipmen melebihi voltan yang disyorkan.

Rujukan

https://en.wikipedia.org/wiki/Power_factor

https://www.tnb.com.my/commercial-industrial/power-factor

https://www.fluke.com/en-us/learn/blog/power-quality/power-factor-formula

https://electrical.theiet.org/media/1687/power-factor-correction-pfc.pdf

https://www.powermag.com/what-is-meant-by-power-factor/

https://www.energy.gov/sites/prod/files/2014/04/f15/mc60405.pdf