STUDI KOORDINASI PRODTEKSI PADA PT PETRO OXO NUSANTARA GRESIK DENGAN MEMPERTIMBANGKAN ARC FLASH
TUGAS AKHIR - TE 141599 STUDI KOORDINASI PRODTEKSI PADA PT PETRO OXO
NUSANTARA GRESIK DENGAN MEMPERTIMBANGKAN ARC
FLASH Fidya Eka Prahesti NRP 2215105015 Dosen Pembimbing Dr. Ir. Margo Pujiantara, MT. Ir. Arif Mustofa, MT. DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO Falkutas Teknologi Elektro Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2017TUGAS AKHIR - TE141599 STUDI KOORDINASI PROTEKSI PADA PT PETRO OXO
NUSANTARA GRESIK DENGAN MEMPERTIMBANGKAN ARC FLASH.
Fidya Eka Prahesti NRP 2213 105 015 Dosen Pembimbing Dr. Ir. Margo Pujiantara, MT.
Ir. Arif Mustofa, MT. DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO Fakultas Teknologi Elektro Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2017
FINAL PROJECT - TE141599
STUDY COORDINATION PROTECTION IN PETRO OXO
NUSANTARA GRESIK WITH CONSIDERING ARC FLASH
Fidya Eka Prahesti NRP 2215 105 015 Advisor Dr. Ir. Margo Pujiantara, MT.
Ir. Arif Mustofa, MT. DEPARTMENT OF ELECTRICAL ENGINEERING Faculty of Electrical Technology Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2017
Studi Koordinasi Proteksi Pada PT Petro Oxo
Nusantara Gresik Dengan Mempertimbangkan Arc
Flash
Nama : Fidya Eka Prahesti Pembimbing 1 : Dr. Ir. Margo Pujiantara, MT. Pembimbing 2 : Ir.Arif Mustofa, MT.
ABSTRAK
Sistem pengaman dalam suatu industri adalah hal yang penting dan perlu diperhatikan. Karena, saat terjadi gangguan akan mempengarui kontinuitas supply daya listrik. Permasalahan dalam kontinuitas daya dapat menghambat suatu produksi dalam pabrik yang akhirnya menyebabkan kerugian dan menurunkan kualitas produksi industri tersebut. Untuk menyempurnakan koordinasi proteksi diperlukan setting proteksi dengan memperhitungkan arc-flash. Karena besarnya energy arc-flash dapat membahayakan para pekerja didalam pabrik dan merusak peralatan disekitarnya.
Pada tugas akhir ini dilakukan studi koordinasi proteksi pada PT. Petro Oxo Nusantara Gresik. Yang pertama dilakukan adalah mencari arus hubung singkat maksimun, arus hubung singkat minimum, arus
pickup, dan time dial dengan menggunakan standart IEEE 242. Setelah
menyelesaikan koordinasi proteksi didapatkan data FCT (Fautl Clearing
Time), Ibf , gap conductor, X factor, dan juga Working distance untuk
menghitung arus arc-flash . Besarnya arus busur api akan digunakan untuk menghitung level energi arc-flash pada setiap bus sesuai standar
IEEE 1584 - 2002.
Dari hasil analisa studi koordinasi proteksi pada sistem eksiting dan resetting terdapat penurunan besarnya insiden energy pada bus 6,7,8,16,dan 19. Hal ini disebabkan karena FCT (Fautl Clearing Time) pada sistem eksisting menjadi lebih kecil setelah dikoordinasi dengan benar. Untuk bus 3 dan 20 insiden energy bertambah besar karena nilai FCT saat eksisting sebesar 0,24, dan 0,137 sekon setelah di resetting menjadi 0,37 dan 0,35 sekon.
Kata Kunci : Standar IEEE 242, Arc flash, Insiden Energi, standar IEEE 1584
- –2002, FCT , Ibf , gap conductor, dan X factor
---------- Halaman ini sengaja dikosongkan ----------
Study Coordination Protection In PT Petro Oxo
Nusantara Gresik With Considdering Arc Flash
Name of Student : Fidya Eka Prahesti Advisor 1 : Dr. Ir. Margo Pujiantara, MT. Advisor 2 : Ir. Arif Mustofa, MT.
ABSTRACT
The protection system in an industry are important and need toconcern. Because, when there is a fault it will affect the continuity of
power supply. Problems in the continuity of power will inhibit a
production in the factory that eventually leads to losses and degrade the
quality of industrial production. To improve the coordination of
protection required protection settings by taking into account arc-flash.
Due to the magnitude of the dangers of arc-flash can harm workers in
the factory and damage the urrounding equipment.In this final project, the study coordination of protection will be
doing on PT. Petro Oxo Nusantara Gresik. The first thing to do is to find
the maximum short circuit current, minimum short-circuit
current,pickup current, and time dial using IEEE 242 standart. After
completing the protection coordintion, will get the FCT (Fault Clearing
Time), Ibf, gap conductor, X factor, and also working distance to
calculate arc-flash current. The magnitude of arc-flash current will be
used the arc-flash energy level of each bus according to IEEE 1584-
2002 standart.From the analysis of coordination studies of protection on the
system exixting and resetting there is a decrease in the magnitude of
energy incident on buses 6,7,8,16, and 19. This is because FCT (Fault
Clearing Time) on the existing system becomes smaller after being
properly coordinated. For buses 3 and 20 incident energy increases due
to the existing FCT value of 0,24 and 0,317 seconds after resetting it
become 0,24 and 0,317 seconds.Keywords: IEEE 242 standard, Arc flash, Incident Energy, IEEE 1584-
2002 standard, FCT, Ibf, gap conductor, and X factor---------- Halaman ini sengaja dikosongkan ----------
KATA PENGANTAR
Segala puji kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya kepada penulis dalam usaha dan kerja sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dengan judul :
“Studi Koordinasi Proteksi Pada PT Petro Oxo Nusantara Gresik
Dengan Mempertimbangkan Arc Flash
”Tugas Akhir ini disusun guna memenuhi persyaratan untuk menyelesaikan studi di Bidang Studi Teknik Sitem Tenaga, Program Studi S1 Teknik Elektro, Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya.
Dalam penyusunan laporan Tugas Akhir ini, penulis banyak mendapatkan bantuan dan dukungan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis dengan tulus ikhlas menyampaikan banyak terima kasih kepada :
1. Allah SWT yang telah memberikan anugerah kesehatan kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan laporan Tugas Akhir ini hingga selesai.
2. Bapak Dr. Ir. Margo Pujiantara, MT. dan Bapak Ir. Arif Mustofa, MT. selaku dosen pembimbing, atas segala kesabaran dan kesediaannya meluangkan waktu untuk membimbing serta memberi dukungan sehingga laporan ini dapat terselesaikan tepat waktu.
3. Ayah dan Ibu selaku kedua orang tua penulis atas do ’a, semangat, kasih sayang, dan kepercayaan yang diberikan selama ini, serta dukungan baik moril maupun materiil.
4. Bapak Mudrick selaku perwakilan dari PT. Petro Oxo Nusantara Gresik yang telah membantu dalam menyelesaikan laaporan tugas akhir ini.
5. Shofia Khalissatus Sa’adah sebagai sahabat saya yang selalu ada menbantu dalam keadaan susah maupun senang.
6. Mbak Putri selaku keluarga baru penulis di Surabaya. Terima kasih telah memberi semangat penulis dan membantu selama pengerjaan Tugas Akhir ini.
7. Mas Hendrik yang selama pengerjaan Tugas Akhir ini selalu memberi dukungan dan semangat bagi penulis baik secara langsung maupun tidak langsung.
8. Keluarga EI 16 yang selalu mensupport dan memberi semangat dalam suka maupun duka demi menyelesaikan laporan tugas akhir ini. Terutama kepada Shofia Khalissatus Sa’adah, Dany Setyawan, Angga Silahuddin, Dirman Hariono Santosa, Muhammad Infaq Dahlan, Khalid Oki Wibowo, Aji Istanto Rambono dan Alin Wahyu Setyawan
9. Teman-teman TA topik proteksi, Shofia, mas Yoyok, mas Ichan, Vania, April, Thea, Imam, Putu, Ilham, Irfan dan Wahyu. Terima kasih atas diskusi selama ini yang telah banyak membantu penulis untuk menyelesaikan laporan Tugas Akhir ini.
10. Teman-teman kos Gebang Lor 38, Niken, Audy, Fara, dan Intan, dan Septy. Terima kasih telah menemani penulis begadang selama pengerjaan Tugas Akhir ini di kos.
11. Teman-teman LJ Teknik Elektro 2015 yang telah memberi masukan untuk menunjang Tugas Akhir ini.
12. Dan semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang telah memberi dorongan dan bantuan dalam menyelesakan Tugas Akhir ini baik secara langsung maupun tidak langsung.
Kesalahan tak terpisahkan dari jalan kehidupan manusia. Karena itu, saya sebagai penulis meminta maaf apabila dalam pembuatan maupun penyusunan Tugas Akhir ini banyak terdapat kekurangan. Dengan segala kerendahan hati, semoga dengan terselesaikannya Tugas Akhir ini, dapat bermanfaat bagi kita semua sebagai pengembangan ilmu pengetahuan umumnya dimasa mendatang.
Surabaya, Juli 2017 Penulis
DAFTAR ISI
JUDUL ............................................................................................. i
PENGESAHAN ............................................................................... iii
ABSTRAK ....................................................................................... v
ABSTRACT ...................................................................................... vii
KATA PENGANTAR ..................................................................... ix
DAFTAR ISI .................................................................................... xi
DAFTAR GAMBAR ....................................................................... xv
DAFTAR TABEL ........................................................................... xvii
BAB I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ....................................................................2.1.3 Gangguan Tegangan Lebih ...................................... 12
2.4.3 Rele Arus Lebih Waktu Tertentu (Definite)............. 20
2.4.2 Rele Arus Lebih Waktu Inverse ............................... 19
2.4.1 Rele Arus Lebih Waktu Instant ............................... 19
2.4 Rele Arus Lebih (Over Current Relay) ............................... 18
2.3.3.2 Current Transformer (CT) ......................... 18
2.3.3.1 Potential Transformer (PT) ....................... 17
2.3.3 Tranduser .................................................................. 17
2.3.2 Rele Proteksi ............................................................. 16
2.3.1 CB (Circuit Breaker) ................................................ 15
2.3 Sistem Pengaman Tenaga Listrik........................................ 14
2.2 Jaringan Distribusi Radial ................................................... 13
2.1.2 Gangguan Beban Lebih ........................................... 12
1 1.2 Perumusan Masalah ............................................................
2.1.1.2 Gangguan Hubung Singkat Asimetri ......... 10
2.1.1.1 Gangguan Hubung Singkat Simetri ........... 9
2.1.1 Gangguan Hubung Singkat ...................................... 8
2.1 Gangguan pada Sistem Tenaga Listrik ............................... 7
FLASH PADA SISTEM TENAGA LISTRIK
5 BAB II. KOORDINASI PROTEKSI DAN FENOMENA ARC
4 1.7 Relevansi atau manfaat .......................................................
3 1.6 Sistematika Penulisan .........................................................
2 1.5 Metodologi ..........................................................................
2 1.4 Tujuan .................................................................................
2 1.3 Batasan Masalah .................................................................
2.5 Setting Rele Arus Lebih .................................................... 21
2.5.1 Setting Rele Arus Lebih Instant ............................ 21
2.5.2 Setting Rele Arus Lebih Inverse ............................ 22
2.6 Ground Fault Relay (Rele Gangguan ke Tanah) ............... 23
2.7 Definisi Busur Api ............................................................. 24
2.8 Perhitungan Energi Busur Api Menggunakan Standart IEEE 1584 – 2002 ........................................................................ 25
2.9 Jarak Aman Pelindung (Flash Protection Boundary) ........ 28
2.10 Pengelompokan Tingkatan Energi Busur Api terhadap PPE (Personal Protective Equipment) ....................................... 30
BAB III. SISTEM KELISTRIKAN PT. PETRO OXO NUSANTARA GRESIK
3.1 Seputar PT. Petro Oxo Nusantara Gresik ........................... 33
3.2 Sistem Kelistrikan PT. Petro Oxo Nusantara Gresik ......... 34
3.3 Sistem Distribusi PT. Petro Oxo Nusantara Gresik ........... 36
3.4 Beban pada PT. Petro Oxo Nusantara Gresik .................... 37
BAB IV. HASIL SIMULASI DAN ANALISA
4.1 Pemodelan Sistem Kelistrikan PT. PON ............................... 39
4.2 Pemilihan Tipikal Koordinasi Proteksi Sistem Kelistrikan pada PT. PON Gresik ........................................................ 39
4.3 Analisa Arus Gangguan Hubung Singkat .......................... 40
4.3.1 Analisis Hubung Singkat Minimum ....................... 40
4.3.2 Analisis Hubung Singkat Maksimum ...................... 41
4.4 Koordinasi Rele Arus Lebih Gangguan Fasa .................... 42
4.4.1 Koordinasi Rele Arus Lebih Tipikal 1 ................... 43
4.4.2 Koordinasi Rele Arus Lebih Tipikal 2 ................... 52
4.5 Koordinasi Rele Arus Lebih Gangguan ke Tanah ............. 59
4.5.1 Koordinasi Rele Arus Lebih Gangguan ke Tanah Tipikal 1 ................................................................. 60
4.6 Perhitungan Insiden Energi Busur Api dengan Standar IEEE 1584-2002 pada Sistem Eksisting ...................................... 64
4.7 Hasil Simulasi Insiden Energi Busur Api dengan Standar IEEE 1584-2002 pada Sistem Resetting ...................................... 67
4.8 Perhitungan Insiden Energi Busur Api dengan Standar IEEE 1584-2002 pada Sistem Resetting ...................................... 68
4.9 Perbandingan Hasil Simulasi Insisden Energi Busur Api
Resetting dan Perhitungan Insisden Energi Busur Api Resetting
dengan Standar IEEE 1584-2002 ...................................... 72
4.10 Perhitungan Flash Protection Boundary Kondisi Resetting 72
4.11 Perbandingan Besar Energi Busur Api Kondisi Eksisting dan Setelah Resetting ......................................................... 74
4.12 Personal Protective Equipment (PPE) yang Harus Digunakan ........................................................................... 75
BAB V. PENUTUP
5.1 Kesimpulan ......................................................................... 77
5.2 Saran ................................................................................... 77
DAFTAR PUSTAKA ...................................................................... 79
LAMPIRAN 1: Data Sheet Rele Schneider Electric- –Merlin
Gerlin Sepam 2000 ............................................... A-1
LAMPIRAN 2: Data Sheet Rele Schneider Electric- –Merlin
Gerlin Sepam 1000 ............................................... B-1
BIODATA PENULIS ...................................................................... C-1
---------- Halaman ini sengaja dikosongkan ----------
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Gambar Hubung Singkat Tiga Fasa ...........................Gresik ........................................................................ 35
Gambar 4.10 Hasil Plot Resetting Rele Ganggguan Fasa ke TanahTipikal 1 ..................................................................... 61
Gambar 4.9 Hasil Plot Eksisting Rele Ganggguan Fasa ke TanahTanah ......................................................................... 60
Gambar 4.8 Single Line Diagram Tipikal 1 Gangguan Fasa keGambar 4.7 Hasil Plot Resetting Rele Gangguan Fasa Tipikal 2 .. 59Gambar 4.6 Hasil Plot Eksisting Rele Ganggguan Fasa Tipikal 2 53Gambar 4.5 Single Line Diagram Tipikal 2 .................................. 52Gambar 4.4 Hasil Plot Resetting Rele Gangguan Fasa Tipikal 1 .. 51Gambar 4.3 Hasil Plot Eksisting Rele Ganggguan Fasa Tipikal 1 45Gambar 4.2 Single Line Diagram Tipikal 1 .................................. 44Gresik ........................................................................ 43
Gambar 4.1 Single Line Diagram Tipikal PT. Petro Oxo NusantaraGambar 3.2 Komposit (Cmtr2) PT. Petro Oxo Nusantara Gresik . 36Gambar 3.1 Single Line Diagram PT. Petro Oxo Nusantara9 Gambar 2.2 (a) Komponen Urutan Positif; (b) Komponen Urutan Negatif; (c) Komponen Urutan Nol ............... 10
Gambar 2.9 Sirkuit Diagram Trafo Tegangan (PT) ....................... 17Gambar 2.3 Gangguan Hubung Singkat Dua Fasa ........................ 10Gambar 2.4 Gangguan Hubung Singkat Dua Fasa ke Tanah ........ 11Gambar 2.5 Gangguan Hubung Singkat Satu Fasa ke Tanah ........ 12Gambar 2.6 Jaringan Distribusi Pola Radial .................................. 13Gambar 2.7 Zona Sistem Proteksi Primary ................................... 14Gambar 2.8 Konstruksi Suatu Pemutus Daya dan Bentuk Fisik ... 16Gambar 2.10 Sirkuit Diagram Trafo Arus (CT) .............................. 18Gambar 2.16 Flash Protection Boundaries ..................................... 29Gambar 2.11 Karakteristik Rele Arus Lebih Waktu Seketika ......... 19Gambar 2.12 Karakteristik Standart Inverse, Very Inverse danExtremely Inverse ...................................................... 20
Gambar 2.13 Karakteristik Rele Arus Lebih Waktu Tertentu ......... 21Gambar 2.14 Rele Arus Lebih Pengaman Trafo.............................. 21Gambar 2.15 Rangkaian Ground Fault Relay ................................. 23Tipikal 1 ..................................................................... 63
---------- Halaman ini sengaja dikosongkan ----------
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Tabel Data Jarak Celah Bus (Jarak Bus) ....................... 26Tabel 2.2 Tabel Data Parameter-Paremeter yang DibutuhkanUntuk Perhitungan Insiden Energy ............................... 28
Tabel 2.3 Personal Protective Equipment ..................................... 30Tabel 3.1 Data Bus ........................................................................ 36Tabel 3.2 Data Trafo ..................................................................... 37Tabel 3.3 Data Motor di PT. Petro Oxo Nusantara Gresik ............ 37Tabel 4.1 Data Hubung Singkat Minimum 30 Cycle .................... 41Tabel 4.2 Data Hubung Singkat Maximum 4 Cycle ..................... 42Tabel 4.3 Data Setting Relay Motor GCB-1.................................. 46Tabel 4.4 Data Setting Relay Inc 6 kV .......................................... 47Tabel 4.5 Data Setting Relay Out 20 kV ...................................... 49Tabel 4.6 Data Setting ACB-4 ..................................................... 54Tabel 4.7 Data Setting Relay GCB 3 ............................................. 55Tabel 4.8 Data Setting Relay Inc 6 kV Tipikal 2 ........................... 56Tabel 4.9 Data Setting Relay Out 20 kV Tipikal 2 ........................ 57Tabel 4.10 Tegangan dan Pentanahan Peralatan ............................. 60Tabel 4.11 Data Setting Relay Motor GCB-1 Tipikal GroundFault ............................................................................. 62
Tabel 4.12 Data Setting Relay Inc 6 kV Tipikal 1 Ground Fault .... 62Tabel 4.13 Data Bus Untuk Perhitungan Energi Busur Api PadaSistem Eksisting ............................................................ 64
Tabel 4.14 Data Hasil Simulasi Perhitungan Energi Busur ApiKondis Eksisting PT. Petro Oxo Nusantara Gresik ....... 68
Tabel 4.15 Data Bus Untuk Perhitungan Energi Busur Api PadaSistem Resetting .......................................................... 68
Tabel 4.16 Hasil Setting Energi Busur Api Eksisting...................... 72Tabel 4.17 Hasil Flash Protection Boundary Resetting .................. 74Tabel 4.18 Data Perbandingan Besar Insiden Energi KondisiExisting dan Resetting ................................................... 75
Tabel 4.19 Data Kategori PPE Bus Pada PT. Petro Oxo NusantaraGresik ............................................................................ 76
---------- Halaman ini sengaja dikosongkan ----------
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Dalam suatu sistem kelistrikan pabrik, proteksi merupakan hal yang terpenting untuk suatu plant industri. Adanya gangguan akan mempengaruhi kontinuitas supply daya listrik yang dapat menimbulkan penurunan produktivitas suatu plant industri. Hal ini sangatlah merugikan bagi setiap indutri. Oleh karena itu dengan membuat koordinasi proteksi yang baik untuk suatu industri diperlukan perhitungan yang tepat agar keandalan suatu sistem industri dapat terjaga dengan baik. Pada sistem distribusi tegangan menengah 20 kV sering terjadi gangguan hubung singkat, jika sistem proteksi tidak di
desaign dengan baik maka memungkinkan sistem menjadi black out
(pemadaman). Oleh karena itu diperlukan kordinasi proteksi sistem pengaman yang baik dengan memperhitungkan bahaya arc flash atau busur api.
Pengertian dari arc flash adalah pelepasan suatu energi panas yang sangat tinggi karena adanya arc fault ataupun bolted fault. Adapun
arc fault merupakan arus gangguan yang mengalir melalui udara antara
konduktor dengan konduktor atau konduktor dengan tanah. Sedangkan
bolted fault adalah arus gangguan yang menggunakan perantara
konduktor sebagai jalurnya. Adanya busur api akan menimbulkan radiasi panas disekitarnya hingga mencapai temperatur 35,000 °F. Ledakan yang sangat keras dari arc flash dapat menyebabkan luka bakar bagi pekerja yang ada disekitar tempat kejadian. Penyebab utama terjadinya arc flash adalah karena kesalahan manusia dalam bekerja dan juga kegagalan sistem listrik. Salah satu kesalahan para pekerja yang sering terjadi adalah menaruh peralatan listrik (ex : obeng, tang, dll) pada konduktor yang sedang teraliri listrik. Semakin besar arus gannguan maka akan semakin besar pula bahaya yang ditimbulkan untuk peralatan disekitar dan bahkan membahayakan nyawa pekerja disekitarnya. Sehingga dengan melakukan perhitungan arcing current dan incident energi akan diketahui level energi bahaya arc flash yang mungkin terjadi pada sistem, agar pemilihan peralatan pengaman dapat diperhitungkan untuk mengurangi level bahaya energi arc flash tersebut.[1]
6. Mengetahui jarak aman pekerja untuk meminimalisir bahaya dari energi busur api (Arc flash)
2. Evaluasi dan analisa dilakukan pada sistem distribusi radial jaringan menegah 20 kV, 6,3 kV dan jaringan rendah 0,4 kV di PT. Petro Oxo Nusantara Gresik.
5. Menentukan jenis peralatan pengaman pribadi (PPE
4. Mendapatkan kategori level insiden energi busur api.
3. Mensimulasikan dan mengevaluasi unjuk kerja sistem berdasarkan permasalahan bahaya arc flash.
2. Menganalisa data untuk mengetahui insiden arc flash yang mungkin terjadi.
1. Memperoleh bagaimana setting rele pengaman yang dapat bekerja secara terkoordinasi dengan baik untuk mengaman sistem kelistrikan.
Tujuan dan manfaat dari tugas akhir ini adalah :
1.4 Tujuan
3. Hanya memperhatikan settingrelay pada Over Current Relay (OCR) dan Ground Fault Relay (GFR).
1. Simulasi dan analisa sistem kelistrikan dilakukan dengan mengggunakan Software ETAP 12.6.0.
1.2 Perumusan Masalah
Untuk menyelesaikan masalah dalam tugas akhir ini maka perlu diberikan batasan-batasan sebagai berikut :
1.3 Batasan Masalah
5. Mendapatkan kategori resiko yang ditimbulkan dari besarnya energi busur api (arc flash) sesuai standar NFPA 70E, sehingga didapatkan perlengkapan kesalamatan yang cocok untuk para pekerja.
4. Membandingkan jarak aman pada kondisi existing dan restting.
settingpengaman yang baru setelah resetting, sesuai standar IEEE 1584-2002.
3. Menganalisa besarnya energi busur api (arc flash) dan menghitung
2. Menganalisa besarnya energi busur api (arc flash) existing sesuai standar IEEE 1584-2002.
1. Settingkoordinasi Over Current Relay (OCR) meliputi Low set dan High set (TDS & Ip ).
Permasalahan yang akan dibahas pada tugas akhir ini adalah:
- – Personal Protective Equipment) yang sesuai.
1.5 Metodologi
Metode yang digunakan dalam tugas akhir ini terdiri dari Studi Literature, Pengumpulan Data, Pemodelan Sistem, Simulasi, Analisi Hasil Data,kesimpulan dan Penyusun Laporan.
1. Studi Literature Studi literature ini bertujuan untuk menyelesaikan masalah yang berhubungan dengan judul tugas akhir, seperti studi tentang analisa hubung singkat, koordinasi proteksi, dan analisa perhitungan busur api serta jarak aman pekerja disetiap level energi arc flash.
2. Pengumpulan Data Data yang diperlukan untuk melakukan kordinasi proteksi dan perhitungan energi arc flash adalah data-data tegangan menengah dan tegangan rendah pada electrical room. Data-data ini dapat diperoleh dari sistem kelistrikan pembangkit PT. Petro Oxo Nusantara Gresik meliputi data-data spesifikasi peralatan ,Saluran, Circuit Breaker (CB), Relay, dan beban.
3. Pemodelan Sistem Pada pemodelan sistem tugas akhir ini, data sistem kelistrikan PT Petro Oxo Nusantara Gresik yang diperlukan harus sudah lengkap.
4. Simulasi Simulasi untuk tugas akhir ini menggunakan bantuan software ETAP 12.6. Data
- – data yang dibutuhkan, digunakan untuk memperbaiki kordinasi proteksi sistem exixting. Dan jika perlu
resetting, maka sistem dapat diresettingagar keandalan suatu pabrik dapat meningkat.
5. Analisis Hasil Data, dan Penyusunan Laporan Dengan melakukan analisis hasil data kemudian dapat ditentukan kordinasi proteksi yang baru. Setelah itu menghitung Personal
Protection Equipment (PPE) yang harus digunakan. Sebagai dasar
bahaya busur api yang digunakan mengacu dari National Fire Protection Association (NFPA) 70E-2004.
Setelah analisa selesai langkah akhir dari penyusunan Tugas Akhir ini adalah pemberian saran dan rekomendasi untuk penelitian selanjutnya.
1.6 Sistematika Penulisan
Penulisan laporan dalam tugas akhir ini dibagi menjadi lima bab yaitu bab Pendahuluan, Koordinasi Proteksi Sistem Tenaga Listrik dan Fenomena Arc flash, Sistem Kelistrikan PT. Petro Oxo Nusantara Gresik, Hasil Simulasi dan Analisa serta bab terakhir yaitu Penutup.
BAB I : PENDAHULUAN Pada bab ini dipaparkan mengenai latar belakang, perumusan masalah,
batasan masalah, tujuan, metodologi, sistematika penulisan laporan Tugas Akhir dan relevansi.
BAB II : KOORDINASI PROTEKSI DAN FENOMENA ARC
FLAS PADA SISTEM TENAGA LISTRIK Pada bab ini dipaparkan mengenai teori-teori penunjang yang digunakandalam penyelesaian Tugas Akhir ini. Seperti gangguan yang ada pada sistem kelistrikan, analisa hubung singkat, jenis-jenis sistem pengaman dengan spesifikasi rele, koordinasi rele arus lebih, energi busur api sesuai standar IEE 1584 – 2002, dan juga perlengkapan perlindungan diri sesuai NFPA 70E.
BAB III : SISTEM KELISTRIKAN PT. PETRO OXO
NUSANTARA GRESIK Pada bab ini dipaparkan mengenai sistem kelistrikan PT. Petro Oxo Nusantar Gresik, meliputi data dan spesifikasi peralatan-peralatan yangdigunakan, konfigurasi sistem kelistrikan, serta beberapa hal mengenai operasi sistem tenaga listrik.
BAB IV : HASIL SIMULASI DAN ANALISIS Pada bab ini dipaparkan mengenai hasil simulasi yang telah dilakukan. Dalam bab ini juga dituangkan analisis kordinasi proteksi dalam
keadaan existing dan resetting agar didapatkan kurva koordinasi proteksi yang baik, serta perhitungan settingrele meliputi perhitungan
high set dan low set, sehingga didapatkan nilai time dial, time delay,
settingtime over current pick-up, instantaneous pick-up, plotting Time
Current Curve (TCC), serta perhitungan energi busur api dalam kondisi
existing dan resetting. Kemudian menghitung flash protection boundary
untuk mendapatkan jarak batas seseorang mengenakan pelindung pakaian.
BAB V : PENUTUP Pada bab ini berisi kesimpulan dan saran dari hasil simulasi dan analisis yang telah dilakukan dari Tugas Akhir.
1.7 Relevansi atau Manfaat
Hasil yang diperoleh dari Tugas Akhir ini diharapkan dapat memberikan manfaat sebagai berikut :
1. Dapat menjadi referensi bagi PT. Petro Oxo Nusantara Gresik dalam mengetahui kordinasi proteksi yang benar.
2. Dapat menjadi refrensi bagi perusahan untuk mengetahui analisa arc flash saat terjadi gangguan.
3. Dapat menjadi referensi dan informasi bagi pembaca yang mengambil topik yang serupa.
4. Dapat menjadi referensi untuk membatasi arus hubung singkat yang besar pada suatu sistem tenaga listrik.
---------- Halaman ini sengaja dikosongkan ----------
BAB II KOORDINASI PROTEKSI DAN FENOMENA ARC FLASH PADA SISTEM TENAGA LISTRIK
2.1 Gangguan pada Sistem Tenaga Listrik
Gangguan merupakan suatu kondisi ketidak normalan (interferes) dalam sistem tenaga listrik, yang menimbulkan adanya arus tidak seimbang dalam sistem tiga fasa. Saat terjadi gangguan pada sistem tenaga listik, maka semua arus akan mengalir menuju ketitik gangguan. Arus gangguan tersebut memiliki nilai yang besar dari nilai rating arus maksimum yang diijinkan, sehingga terjadi kenaikan temperature pada peralatan yang dalam sistem, dan menyebabkan kerusakan pada peralatan-peralatan tersebut [2]. Berikut ini meruapakan klarifikasi gangguan yaitu :
a. Berdasarkan kesimetrisan :
1. Gangguan Asimetris merupakan gangguan yang menyebabkan tegangan dan arus yang mengalir pada setiap fasanya menjadi tidak seimbang. Gangguan ini terdiri dari : Gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah.
Gangguan hubung singkat dua fasa. Gangguan hubung singkat dua fasa ke tanah.
2. Gangguang Simetris merupakan gangguan yang terjadi pada semua fasa, sehingga arus maupun tegangan disetiap fasanya tetap seimbang setelah ada gangguan. Gannguan ini terdiri dari :
Gangguan hubung singkat tiga fasa ke tanah. Gangguan hubung singkat tiga fasa.
b. Berdasarkan lamanya gangguan :
1. Gangguan Permanen, merupakan gangguan yang tidak hilang atau tetap ada walaupun pemutus tenaga telah terbuka pada saluran transmisi dimana untuk membebaskan sistem dari gangguan ini diperlukan tindakan perbaikan atau segera menghilangkan penyebab gangguan tersebut.
2. Gangguan Temporer (Transient), merupakan gangguan yang dapat hilang dengan sendirinya apabila pemutus tenaga terbuka dari saluran transmisi untuk waktu yang singkat dan setelah itu dapat sistem dapat dihubungkan kembali.
c. Berdasarkan faktor penyebab terjadi gangguan, yaitu :
1. Gangguan internal, merupakan gangguan yang berasal dari dalam sistem. Penyebab gangguan yang berasal dari dalam sistem antara lain :
Beban lebih (overload) Tegangan dan arus abnormal Kerusakan material seperti isolator pecah,kabel isolasi yang cacat, dan kawat putus Kesalahan mekanis karena factor usia peralatan
(penuan) Pemaangan peralatan yang kurang benar.
2. Gangguan eksternal, merupakan gangguan yang berasal dari luar sistem. Penyebab gangguan yang berasal dari dalam luar sistem antara lain :
Pengaruh lingkungan seperti pohon ,binatang, dan benda-benda asing serta akibat kecorobohan manusia. Pengaruh cuaca seperti hujan, angin, serta surja petir. Pada gangguan surja petir dapat mengakibatkan gangguan tegangan lebih dan dapat menyebabkan gangguan hubung singkat karena tembusnya isolasi peralatan (breakdown).
2.1.1 Gangguan Hubung Singkat
Ganggguan hubung sigkat merupakan gangguan yang biasa terjadi pada sistem tenaga listrik. Pengertian hubung singkat menurut
IEC 60909 adalaah hubungan konduksi melalui hambatan atau impedansi yang cukup rendah antara dua atau lebih titik yang dalam keadaan normalnya mempunyai beda potensial. Berdasarkan pada refrensi [3], gangguan hubung singkat dapat digolongkan menjadi dua kelompok yaitu gangguan hubung singkat simetri dan gangguan hubung singkat tidak simetri (asimetri). Sebagian besar gangguan yang terjadi pada sistem tenaga listrik merupakan gangguan asimetri. Untuk gangguan hubung singkat simetri yaitu gangguan hubung singkat tiga fasa, sedangkan gangguan yang lainnya merupakan gangguan tidak simetri. Gangguan asimetri ini diakibatkan karena adanya gangguan hubing singkat satu fasa ketanah, gangguan hubung singkat dua fasa, gangguan hubung singkat dua fasa ke tanah. Adanya gangguan hubung singkat dapat mengakibatkan rusaknya peralatan listrik, terhentinya
supply daya akibat terputusnya circuit breaker dan berkurangnya
stabilitas daya.Tujuan analisa hubung singkat, yaitu [4]:
1. Menentukan short circuit capacity (daya hubung singkat dalam MVA) pada setiap bus dan juga daya hubung singkat yang mengalir pada saluran yang terhubung pada bus tersebut, sehingga dapat mentukan kapasitas alat pemutus daya (Circuit Breaker).
2. Dapat mentukan setting rele dan koordinasi proteksi pada suatu sistem, untuk mengamankan dari keadaan abnormal dalam waktu yang secepat mungkin.
3. Menentukan arus dan tegangan maksimum dan minimum pada bagian-bagian / titik-titik tertentu dari suatu sistem tenaga listrik untuk setiap jenis gangguan yang mungkin akan terjadi.
2.1.1.1 Gangguan Hubung Singkat Simetri
Ganguan hubung singkat simetri atau biasa disebut gangguan hubung singkat seimbang adalah gangnguan yang terjadi pada semua fasa, sehingga arus maupun tegangan setiap fasanya tetap seimbang setelah gangguan terjadi. Gangguan simetri ini dapat dianalisa dengan mengggunakan komponen urutan positif. Gambar 2.1 merupakan rangkaian hubung singkat tiga fasa.
ir R is S it T
Gambar 2.1 Gambar Hubung Singkat Tiga FasaBesarnya arus hubung singkat tiga fasa dapat dihitung dengan persamaan seperti berikut : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2.1)
=
3∅
1
Dengan keterangan:I : Arus hubung singkat 3 fasa.
SC3Ø V : Tegangan nominal line to netral.
LN X : Reaktansi urutan positif.
1
2.1.1.2 Gangguan Hubung Singkat Asimetri
Gangguan hubung singkat asimetri atau biasa disebut juga gannguan tidak seimbang. Adanya ganggguan ini menimbulkan nilai arus disetiap fasanya tidak sama. Artinya, arus kontribusi hanya berasal dari salah satu atau dua fasanya. Untuk gangguan asimetri dapat disederhanakan dengan mengguanakan komponen simetri pada Gambar 2.2 dibawah ini [5]. (1) (1) (2)
Va Va Vc (2) (0) Vb
Va (0) (1) Vb (0) Vc Vb (2) Vc (a) (b) (c)
Gambar 2.2 (a) Komponen Urutan Positif; (b) Komponen UrutanNegatif; (c) Komponen Urutan Nol Contoh dari gangguan ini adalah gangguan satu fasa ketanah, gangguan antar fasa, dan gangguan dua fasa ke tanah.
1. Gangguan Hubung Singkat Dua Fasa Gangguan hubung singkat dua fasa merupakan gangguan hubung singkat yang terjadi antara dua fasa. Gangguan ini tidak mengandung urutan nol, karena tidak ada gangguan yang menuju tanah. Gambar 2.3 merupakan rangkaian hubung singkat dua fasa.
ir R is S it T
Vs = 0 Vt = 0 Ir = 0
Gambar 2.3 Gangguan Hubung Singkat Dua FasaBesarnya arus hubung singkat dua fasa dapat dihitung menggunakan persamaan berikut:
: reaktansi urutan positif
2
: impedansi urutan positif
1
: Arus hubung singkat 2 fasa ketanah : tegangan bus saat gangguan
1
. . . . . . . . . . . . . . . . (2.3) Dengan Keterangan:
1+ 2 0 ( 2+ 0) ⁄
=
1
Besarnya arus hubung singkat dua fasa ketanah dapat dihitung menggunakan persamaan berikut:
T Vs = 0 Vt = 0 Ir = 0
Gambar 2.4 Gangguan Hubung Singkat Dua Fasa ke Tanah.
2. Gangguan Hubung Singkat Dua Fasa Ke Tanah Gangguan hubung singkat dua fasa ke tanah adalah gangguan yang terjadi ketika dua fasa terhubung dengan ketanah. Gambar 2.4 merupakan gambar rangkaian hubung singkat dua fasa ketanah. ir is it R S
: reaktansi urutan negatif
2
1
2∅
: arus hubung singkat 2 fasa : tegangan nominal line to netral : tegangan nominal line to line
2∅
: arus hubung singkat 3 fasa
3∅
. . . . . (2.2) Dengan Keterangan:
3∅
≈ 0.866
2 3∅
√3
=
√3 2 1
=
1+ 2
=
: impedansi urutan negatif
: impedansi urutan nol
3
3. Gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah Gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah ini terjadi pada satu fasa yang terhung ke tanah. Untuk menganalisa arus gangguan diperlukan metode komponen simetris. Pada Gambar 2.5 merupakan gambar rangkaian hubung singkat satu fasa ketanah. R T S it is ir Vr = 0 Is = 0 It = 0 if
Gambar 2.5 Gangguan Hubung Singkat Satu Fasa ke Tanah.
Besarnya arus hubung singkat satu fasa ketanah dapat dihitung menggunakan persamaan berikut:
3
. . . . . . . . . . . . . . . . . (2.4) =
1∅ 1+ 2+ 0
Keterangan: = Arus hubung singkat 1 fasa ketanah
1∅
= tegangan nominal line to netral = reaktansi urutan nol = reaktansi urutan positif
1
= reaktansi urutan negatif
2
2.1.2 Gangguan Beban Lebih
Gangguan beban lebih (Overload) merupakan gangguan yang yang timbul karena konsumsi daya listrik yang melebihi batas dari daya yang dihasilkan pembangkit. Bila gannguan ini terus menerus terjadi dapat merusak peralatan listrik yang dialiri arus tersebut.
2.1.3 Gangguan Tegangan lebih
Gangguan tegangan lebih diakibatkan karena adanya kelainan pada sistem. Gangguan tegangan lebih dapat terjadi antara lain karena [6] :Ganguan surja hubung, seperti penutupan saluran tak serempak pada pemutus tiga fasa, pelepasan beban akibat gangguan, penutupan kembali saluran dengan cepat, dan penutupan saluran yang semula tidak masuk kesistem menjadi masuk ke sistem. Dan juga karena gangguan akibat adanya petir.
2.2 Jaringan Distribusi Radial
Berdaarkan letak jaringan terhadap posisi gardu induk, jaringan distribusi radial dibagi menjadi dua yaitu : a. Jaringan distribusi tegangan menengah (jaringan distribusi primer) b. Jaringan distribusi tegangan rendah (jaringan distribusi sekunder) Jaringan distribusi tegangan menengah (JTM) merupakan suatu jaringan yang letaknya berada sebelum gardu distribusi. Jaringan ini berfungsi untuk menyalurkan tegangan menengah (20kV,12kV,7kV,atau 6kV). Jarinkan ini menghubukan dari saluran gardu induk sisi sekunder trafo daya dengan gardu ditribusi sisi primer dari trafo distribusi.
Jaringan distribusi tegangan rendah (JTR) merupakan suatu jaringan yang letaknya berada setelah gardu distribusi. Jaringan ini berfungsi untuk menyalurkan tegangan rendah (220V/380V). Jaringan ini menghubungkan dari gardu distribusi sisi sekunder trafo distribusi menuju ke konsumen atau pemakai jaringan tegangan rendah ini.
Pada Gambar 2.6 merupakan sistem distribusi yang sederhana dengan pola radial. Dinamakan sistem distribusi radial karena penyaluran daya pada sistem ini ditarik secara radial dari sumber menuju kecabang-cabang dari titik beban.
Trafo Trafo Trafo Distribusi Distribusi Distribusi 20 kV 150 kV
Trafo Distribusi Trafo Daya CB 150kV
CB 20kV CB 20kV Trafo Distribusi Trafo
Trafo Distribusi Distribusi