SIMPLIFIED ARC FLASH HAZARD ANALYSIS USING ENERGY BOUNDARY CURVE AT IN JUANDA INTERNATIONAL AIRPORT

  TUGAS AKHIR – TE141599

PENYEDERHANAAN ANALISA BAHAYA ARC FLASH

MENGGUNAKAN KURVA BATASAN ENERGI PADA

BANDARA INTERNASIONAL JUANDA

  YOGA FFIRDAUS NRP 2213106028 Dosen Pembimbing Dr. Ir. Margo Pujiantara, MT. Ir.Arif Musthofa, MT. JURUSAN TEKNIK ELEKTRO Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2016

  FINAL PROJECT – TE141599

SIMPLIFIED ARC FLASH HAZARD ANALYSIS USING

ENERGY BOUNDARY CURVE AT IN JUANDA

INTERNATIONAL AIRPORT

  YOGA FIRDAUS NRP 2213106028 Advisor Dr. Ir. Margo Pujiantara, MT. Ir.Arif Musthofa, MT. DEPARTMENT OF ELECTRICAL ENGINEERING Faculty Of Industry Technology Sepuluh Nopember Institute Of Technology Surabaya 2016

  

PENYEDERHANAAN ANALISA BAHAYA ARC

FLASH MENGGUNAKAN KURVA BATASAN

ENERGI PADA BANDARA INTERNASIONAL

JUANDA

  Yoga Firdaus 2213106028 Dosen Pembimbing 1 : Dr. Ir. Margo Pujiantara, MT.

  Dosen Pembimbing 2 : Ir.Arif Musthofa, MT.

  

ABSTRAK

  Teknik penyederhanaan analisis digunakan untuk penentuan personal

  

protective equipment (PPE) dari bahaya busur api (arc-flash) dengan

  berdasarkan IEEE std. 1584-2002 dan overcurrent protective device (OCPD). Tidak seperti persamaan penyederhanaan dalam IEEE 1584, teknik analisis ini berpotensi dapat diterapkan untuk semua jenis perangkat pelindung arus lebih pada setiap sistem kelistrikan yang berada dalam jangkauan persamaan empiris IEEE 1584. Saat sebuah metode tidak tepat menghitung tingkat energi insiden dan batas pelindung api (flash-protection) pada bus, maka tidak dapat menentukan tingkat PPE yang dibutuhkan secara akurat dan batas jarak pelindung api (flash-protection) yang maksimal untuk memungkinkan pekerja melindungi diri secara memadai terhadap bahaya busur api. Studi aktual mengenai penyederhanaan analisa busur api dilakukan pada Bandara Internasional Juanda. Pada hasil akhir dari analisa busur api dengan menggunakan metode kurva batasan energi didapatkan proses penentuan kategori PPE yang lebih singkat daripada standart IEEE 1584-2002.

  Kata kunci : busur api, kurva batas energi, personal protective equipment (PPE). i ii

  

“Halaman ini sengaja dikosongkan”

  

SIMPLIFIED ARC FLASH HAZARD ANALYSIS

USING ENERGY BOUNDARY CURVE IN JUANDA

INTERNATIONAL AIRPORT

  Yoga Firdaus 2213106028

  st 1 Advisor : Dr. Ir. Margo Pujiantara, MT. nd 2 Advisor : Ir.Arif Musthofa, MT.

  

ABSTRACT

  A simplified analysis technique that allows for the determination of required arc-flash personal protective equipment (PPE) based on IEEE Std. 1584-2002 and overcurrent protective device (OCPD). Unlike the simplified equation in IEEE 1584, this analysis technique can potentially be applied to any type of OCPD in any power system within the range of applicability of the IEEE 1584 empirical equations. While the method does not exactly calculate incident energy levels and flash-protection boundaries at the buses under consideration, it does allow for an accurate determination of required PPE levels of detail is often all that is required to enable workers to adequately protect themselves againts arc- flash hazards. Actual studies regarding to simplification arc flash analysis conducted in Juanda International Airport. At the end of result, analysis of the arc flash using energy boundary curves showed a reduction in the amount of data-collection requirements and analysis time required than using IEEE 1584-2002 standard. Keywords : arc flash, energy boundary curve, personal protective equipment (PPE). iii iv

  

“Halaman ini sengaja dikosongkan”

  

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL LEMBAR PERNYATAAN LEMBAR PENGESAHAN

ABSTRAK .......................................................................................... i

ABSTRACT

  ....................................................................................... iii

  

KATA PENGANTAR ........................................................................v

DAFTAR ISI ................................................................................... vii

DAFTAR GAMBAR ......................................................................... xi

DAFTAR TABEL .......................................................................... xiii

BAB 1 PENDAHULUAN

  1.1. Latar Belakang.............................................................................1

  1.2. Permasalahan ...............................................................................1

  1.3. Batasan Masalah ..........................................................................2

  1.4. Tujuan Tugas Akhir .....................................................................2

  1.5. Metodologi ..................................................................................2

  1.6. Sistematika Penulisan ..................................................................3

  1.7. Relevansi .....................................................................................4

  BAB 2 DASAR TEORI

  2.1. Arc Flash .....................................................................................5

  2.2. Perhitungan Energi Busur Api Menggunakan Standart IEEE 1584-2002 ................................................................................... 5

  2.3. Metode Perhitungan Arc Flash dengan Kurva Batas Energi .........8

  2.4. Lee Method ................................................................................. 11

  2.5. Flash Prootection Boundary ....................................................... 11

  2.6. Pengelompokan Tingkat Energi Arc Flash.................................. 13

  BAB 3 SISTEM KELISTRIKAN BANDARA INTERNASIONAL JUANDA

  3.1. Sistem Kelistrikan Bandara Internasional Juanda ........................ 17

  3.2. Data Kelistrikan Bandara Internasional Juanda ........................... 19

  3.3 Beban Sistem Kelistrikan Bandara Internasional Juanda ............. 20

  3.4 Tipikal Kelistrikan Bandara Internasional Juanda ....................... 22

  a. Tipikal 1 ............................................................................. 22

  b. Tipikal 2 ............................................................................. 23

  c. Tipikal 3 ............................................................................. 24 _vii

  d. Tipikal 4 ............................................................................. 25

  BAB 4 SIMULASI DAN ANALISA ARC FLASH PADA BANDARA INTERNASIONAL JUANDA

  4.1 Analisa Arc Flash ....................................................................... 27

  4.2 Perhitungan Arc Flash Menggunakan Standart IEEE 1584-2002 Sebelum Penambahan Relay Diferensial...................................... 27

  4.2.1 Perhitungan Arc Flash Pada Level Tegangan 1-15 kV ...... 28

  4.2.2 Perhitungan Arc Flash Pada Level Tegangan >15 kV ....... 32

  4.3 Perhitungan Arc Flash Menggunakan Standart IEEE 1584-2002 Setelah Penambahan Relay Diferensial ........................................ 34

  4.4 Perbandingan Besar Energi Arc Flash Kondisi Sebelum dan Setelah Penambahan Relay Diferensial ........................................ 37

  4.5 Perbandingan Nilai Flash Protection Boundary (FPB) Kondisi Sebelum dan Setelah Penambahan Relay Diferensial ................... 38

  4.6 Perhitungan Arc Flash Menggunakan Metode Kurva Batasan Energi ......................................................................................... 39

  4.6.1 Penentuan Kurva Batasan Energi Pada Level Tegangan 1 - 15 kV .......................................................................... 39

  4.6.2 Penentuan Kurva Batasan Energi Pada Level Lebih Dari 15 kV ............................................................................... 42

  4.6.3 Perhitungan Jarak Aman Batas Perlindungan.................... 44

  4.6.4 Penentuan Kategori PPE Menggunakan Kurva Batasan Energi Pada Bus MPH 11 ................................................. 45

  4.6.5 Penentuan Kategori PPE Menggunakan Kurva Batasan Energi Pada Bus RC-RB .................................................. 46

  4.6.6 Penentuan Kategori PPE Menggunakan Kurva Batasan Energi Pada Bus 4 MPH 13 .............................................. 48

  4.6.7 Penentuan Kategori PPE Menggunakan Kurva Batasan Energi Pada Bus MPH-M12 ............................................. 49

  4.6.8 Penentuan Kategori PPE Menggunakan Kurva Batasan Energi Pada Bus AP1 ....................................................... 51

  4.6.9 Penentuan Kategori PPE Menggunakan Kurva Batasan Energi Pada Bus MPH M01 ............................................. 52

  4.6.10 Penentuan Kategori PPE Menggunakan Kurva Batasan Energi Pada Bus 1 MPH3 ................................................. 54

  4.6.11 Penentuan Kategori PPE Menggunakan Kurva Batasan Energi Pada Bus R10........................................................ 55 _viii

  4.6.12 Penentuan Kategori PPE Menggunakan Kurva Batasan Energi Pada Bus R10-28 .................................................. 57

  4.7 Perbandingan Antara Perhitungan Menggunakan IEEE 1584-2002 Setelah Penambahan Relay Diferensial dan Menggunakan Kurva Batasan Energi ............................................................................ 58

  4.8 Personal Protective Equipment (PPE) yang Harus Digunakan .... 60

  BAB 5 PENUTUP

  5.1 Kesimpulan................................................................................. 63

  5.2 Saran .......................................................................................... 64

  

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................ 65

BIODATA PENULIS ........................................................................ 67

ix

  

x

“Halaman ini sengaja dikosongkan“

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Flash Protection Boundaries ..................................... 11Gambar 3.1 Single Line Diagram Bandara Internasional Juanda ... 18Gambar 3.2 Tipikal 1 .................................................................... 22Gambar 3.3 Tipikal 2 .................................................................... 23Gambar 3.4 Tipikal 3 .................................................................... 24Gambar 3.5 Tipikal 4 .................................................................... 25Gambar 4.1 Kurva Batasan Energi Level Tegangan 1-15 kV ........ 41Gambar 4.2 Kurva Batasan Energi Level Tegangan Lebih dari .... 43

  15 kV

Gambar 4.3 Relay 60 Sebagai Pengaman Bus MPH 11 ................. 45Gambar 4.4 Kurva Relay 60 Dengan Kurva Batasan Energi Pada

  Level Tegangan 1-15 kV ........................................... 46

Gambar 4.5 Relay 44 Sebagai Pengaman Bus RC-RB ................... 47Gambar 4.6 Kurva Relay 44 Dengan Kurva Batasan Energi Pada

  Level Tegangan 1-15 kV ........................................... 47

Gambar 4.7 Relay 34 Sebagai Pengaman Bus 4 MPH13 ............... 48Gambar 4.8 Kurva Relay 34 Dengan Kurva Batasan Energi Pada

  Level Tegangan 1-15 kV ........................................... 49

Gambar 4.9 Relay 33 Sebagai Pengaman Bus MPH-M12 ............. 50Gambar 4.10 Kurva Relay 33 Dengan Kurva Batasan Energi Pada

  Level Tegangan 1-15 kV ........................................... 50

Gambar 4.11 Relay 4 Sebagai Pengaman Bus AP1 ......................... 51Gambar 4.12 Kurva Relay 4 Dengan Kurva Batasan Energi Pada

  Level Tegangan 1-15 kV ........................................... 52

Gambar 4.13 Relay 1 Sebagai Pengaman Bus MPH M01................ 53Gambar 4.14 Kurva Relay 1 Dengan Kurva Batasan Energi Pada Level Tegangan Lebih Dari 15kV ............................. 53Gambar 4.15 Relay 61 Sebagai Pengaman Bus 1 MPH3 ................. 54Gambar 4.16 Kurva Relay 61 Dengan Kurva Batasan Energi Pada

  Level Tegangan Lebih Dari 15kV .............................. 55

Gambar 4.17 Relay 23 Sebagai Pengaman Bus R10 ........................ 56Gambar 4.18 Kurva Relay 23 Dengan Kurva Batasan Energi Pada

  Level Tegangan Lebih Dari 15kV .............................. 56

Gambar 4.19 Relay 18 Sebagai Pengaman Bus R10-28 ................... 57Gambar 4.20 Kurva Relay 18 Dengan Kurva Batasan Energi Pada

  Level Tegangan Lebih Dari 15kV .............................. 58 _xi

  

xii

“Halaman ini sengaja dikosongkan”

  

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Data Jarak Celah Bus (Jarak Bus)......................................7Tabel 2.2 Data Parameter – Paremeter Yang Dibutuhkan Untuk

  Perhitungan Insiden Energi ...............................................8

Tabel 2.3 Pengelompokan Tingkat Energi Busur Api...................... 13Tabel 3.1 Data Kapasitas Transformator Pada Bandara Internasional

  Juanda ............................................................................. 19

Tabel 3.2 Data Beban Lump Bandara Internasional Juanda ............. 20Tabel 4.1 Data Arus Gangguan Bolted (Ibf) dan FCT...................... 28Tabel 4.2 Hasil Perhitungan Arc Flash Menggunakan Standart IEEE

  1584-2002 Sebelum Penambahan Relay Diferensial ........ 34

Tabel 4.3 Data Arus Gangguan Bolted (Ibf) dan FCT Setelah

  Penambahan Relay Diferensial ........................................ 35

Tabel 4.4 Hasil Perhitungan Arc Flash Setelah Penambahan Relay

  Diferensial ...................................................................... 37

Tabel 4.5 Data Perbandingan Besar Insiden Energi Untuk Kondisi

  Sebelum dan Setelah Penambahan Relay Diferensial ....... 38

Tabel 4.6 Data Perbandingan FPB Kondisi Sebelum dan Setelah

  Penambahan Relay Diferensial ........................................ 38

Tabel 4.7 Perbandingan IEEE 1584-2002 Sebelum Penambahan

  Relay Diferensial Dengan Kurva Batasan Energi ............. 59

Tabel 4.8 Perbandingan IEEE 1584-2002 Setelah Penambahan

  Relay Diferensial Dengan Kurva Batasan Energi ............. 59

Tabel 4.9 Jenis PPE Berdasarkan Kategori Bahaya Arc Flash Pada

  Masing – Masing Bus ..................................................... 60

  

xiii

  

xiv

“Halaman ini sengaja dikosongkan”

BAB I PENDAHULUAN

  1.1 Latar Belakang

  Dewasa ini karakterisasi potensi bahaya arc flash dalam sistem tenaga listrik telah menyebabkan peningkatan kesadaran akan bahaya yang dihadapi oleh orang-orang yang bekerja dekat dengan peralatan yang terkena [1]. Sebuah penilaian bahaya dari arc flash harus dilakukan dalam rangka untuk menentukan tingkat personal protective equipment (PPE) sebagai kebutuhan dalam pekerjaan agar dapat melindungi pekerja secara memadai. Analisa dari bahaya arc flash dapat menggunakan prosedur dan persamaan yang terdapat dalam IEEE 1584 [2]. Studi bahaya arc flash sering dilakukan bersamaan dengan arus hubung singkat dan koordinasi proteksinya. Studi hubung singkat diperlukan untuk mendapatkan arus bolted gangguan tiga fasa. Sedangkan studi koordinasi proteksi diperlukan untuk menentukan waktu pada peralatan proteksi dalam mengisolasi ketika terjadi gangguan hubung singkat [4]. Analisis

  

arc flash membutuhkan penentuan tingkat arus hubung singkat dan

  evaluasi karakteristik overcurrent protective device (OCPD), studi sistem perlu diperluas untuk mencakup peralatan ini [1] [4].

  Metode yang digunakan untuk menganalisa fenomena arc flash pada Tugas Akhir ini adalah menggunakan kurva batasan energi (energy

  

boundary curves). Secara umum, metode ini mempersingkat analisa

  penentuan kategori PPE yang ditentukan dari insiden energi yang dihasilkan oleh fenomena arc flash. Jika perhitungan tersebut diterapkan pada sistem kelistrikan yang terdapat banyak bus, maka perhitungan tersebut membutuhkan waktu yang lama [3]. Berdasarkan hal tersebut maka digunakan perhitungan arc flash dengan menggunakan metode kurva batas energi. Dengan menggunakan metode kurva batas energi maka data yang diperlukan lebih sedikit dan waktu pengerjaannya lebih singkat [1] [5].

  1.2 Perumusan Masalah

  Permasalahan yang dibahas dalam Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut :

  1. Mensimulasikan besar energi arc flash existing sesuai standar

  IEEE 1584-2002

  2. Menghitung besar energi arc flash dengan metode kurva batas energi.

  3. Mendapatkan kategori resiko yang ditimbulkan dari pengaruh energi arc flash sesuai NFPA 70E sehingga didapat perlengkapan keselamatan diri yang cocok untuk pekerja.

  1.3 Batasan Masalah

  Batasan masalah pada Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut :

  1. Memodelkan, mensimulasikan dan mengevaluasi unjuk kerja sistem berdasarkan permasalahan bahaya arc flash.

  2. Level tegangan bus yang dianalisa hanya pada level tegangan menengah.

  3. Membuktikan bahwasanya dengan menggunakan metode kurva batas energi dapat mempercepat penentuan kategori PPE

  4. Simulasi dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak ETAP.

  1.4 Tujuan

  1. Mendapatkan kategori level insiden energi arc flash sehingga dapat ditentukan jenis dari perlindungan diri yang harus digunakan.

  2. Dapat menentukan jarak aman pekerja untuk meminimalisir resiko luka bakar akibat energi arc flash.

  3. Membuktikan bahwa dengan menggunakan metode kurva batasan energi, maka perhitungan bahaya arc flash dapat dilakukan dengan cepat.

  1.5 Metodologi

  Metodologi yang digunakan pada penelitian Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut:

  1. Studi literatur Mempelajari literatur yang berkaitan tentang hubung singkat, analisa arc flash menggunakan metode stadart IEEE 1584 - 2002 dan analisa perhitungan arc flash menggunakan kurva batasan energi.

  2. Pengumpulan Data Melakukan pengambilan data sistem kelistrikan di Bandara Internasional Juanda, yang nantinya diperlukan dalam studi arc flash.

  3. Pemodelan Sistem Kelistrian dan Simulasi Memodelkan data – data yang diperoleh kedalam perangkat lunak ETAP dan kemudian melakukan simulasi kurva batas energi dengan menggunakan software ETAP STAR.

  4. Analisa Data Analisa data dari hasil pemodelan sistem kelistrikan Bandara Internasional Juanda untuk kemudian didapatkan Personal

  Protection Equipment (PPE) yang harus digunakan. Sebagai

  dasar bahaya arc flash yang digunakan mengacu dari National Fire Protection Association (NFPA) 70E-2004.

  5. Kesimpulan Merupakan pembuatan kesimpulan dari permasalahan yang telah dianalisa. Selain itu juga diberikan saran atau rekomendasi terkait hal yang telah dianalisa.

1.6 Sistematika Penulisan

  Dalam penyusunan laporan Tugas Akhir ini disusun menjadi beberapa bab dan diuraikan dengan pembahasan sesuai daftar isi. Sistematika penyusunan laporannya adalah sebagai berikut :

  Bab 1 : Pendahuluan Berisi latar belakang, perumusan masalah, batasan masalah, tujuan, metodologi dan sistematika penulisan. Bab 2 : Landasan Teoi Membahas pengertian arc flash, perhitungan arc flash sesuai standar IEEE 1584-2002 dan perhitungan arc flash dengan metode kurva batas energi.

  Bab 3 : Sistem Kelistrikan Bandara Internasional Juanda Bab ini berisi penjelasan sistem kelistrikan pada Bandara Internasional Juanda Bab 4 : Hasil Simulasi dan Analisis Bab ini membahas tentang hasil simulasi yang telah dilakukan serta analisis perbandingan besar nilai insiden energi berdasarkan standar IEEE 1584-2002 dengan kurva batas energi

  Bab 5 : Penutup Berisi tentang kesimpulan dan saran terhadap penelitian yang telah dilakukan.

1.7 Relevansi

  Hasil yang diperoleh dari Tugas Akhir ini diharapkan dapat memberikan informasi dan manfaat sebagai berikut :

  1. Dapat digunakan sebagai referensi Bandara Internasional Juanda dalam penentuan standar PPE untuk pekerja listrik.

  2. Pengelompokan klasifikasi besar energi arc flash sesuai dengan perlengkapan pakaian keselamatan yang diharapkan dapat menghindari jatuhnya korban bagi para pekerja disekitarnya.

  3. Dapat mempermudah dalam penentuan kategori PPE dalam mengatasi bahaya arc-flash jika menggunakan metode kurva batas energi

BAB II DASAR TEORI

  2.1 Arc Flash

  Berdasarkan National Fire Protection Association (NFPA) 70E- 2004, arc flash adalah kondisi yang berbahaya akibat adanya pelepasan energi yang disebabkan oleh bunga api listrik [4]. Bunga api listrik tersebut timbul karena adanya arus gangguan atau arcing fault pada sebuah sistem kelistrikan. Penyebab arus gangguan sangat bermacam- macam misalnya adalah kegagalan mekanik, kegagalan isolasi, debu, korosi serta kesalahan pekerja yang bekerja pada peralatan bertegangan.

  Selain arcing fault, level energi yang dipancarkan oleh arc flash juga bergantung pada beberapa faktor diantaranya adalah tegangan, jarak pekerja dari titik arcing, dan durasi waktu yang dibutuhkan oleh perangkat proteksi untuk melokalisir adanya gangguan [5].

  Saat insiden energi arc flash terjadi maka akan muncul pembakaran dari arc flash, temperatur yang panas mencapai >35.000 fahrenheit, tekanan akibat adanya ledakan, suara ledakan yang berbahaya, serta gas beracun. Hal tersebut tentu sangat berbahaya karena menyebabkan kerusakan pada peralatan, luka bakar dan hingga kematian pada orang yang berada dekat dengan ledakan. Oleh karena itu level energi arc flash harus diminimalkan sesuai parameter kategori energi berdasarkan NFPA

  70E. Dengan tingkat energi arc flash yang sesuai maka dapat ditentukan personal protective equipment (PPE) bagi pekerja [5].

  

2.2 Perhitungan Energi Arc flash Menggunakan Standart

  IEEE 1584 – 2002

  Pada metode ini, hal pertama yang harus diperhitungkan adalah mencari nilai dari arus arcing fault. Persamaan untuk menghitung dari arus arcing fault sendiri tergantung dari besarnya level tegangan bus.

  A. Untuk level tegangan kurang dari 1kV, persamaan arus arcing fault adalah :

  lg I a = K + 0,662 lg I bf + 0,0966 V + 0,000526 G + 0,5588 V (lg I bf ) – 0,00304 G (lg I bf ) (2.1)

  5 B. Untuk level tegangan 1kV – 15kV, perhitungan arus arcing fault menggunakan persamaan :

  Lg = 0,00402 + 0,983 lg I (2.2) Ia bf

  Maka nilai I a dapat diperoleh :

  lg Ia I a = 10

  (2.3) Keterangan :

  lg = log

10 I = arus arcing (kA)

  a

K = konstanta untuk konfigurasi terbuka = -0,153 dan

  konstanta untuk konfigurasi box = -0,097

  lg I bf = bolted fault current pada gangguan tiga fase

  (symmetrical RMS) (kA)

  V = tegangan sistem (kV) G

  = jarak celah antar konduktor (mm) Setelah nilai arcing current diketahui maka nilai dari

  incident energy normalisasi dapat dihitung. Dalam perhitungan

  besar energi yang normal, menggunakan referensi waktu arcing dengan durasi 0,2 detik dan jarak dari titik arcing ke manusia sebesar 610 mm. Persamaan yang digunakan adalah :

  lg E n = K1 + K2 + 1,081 lg I a + 0,0011 G (2.4)

  Keterangan :

  2 E = incident energy normalized (J/cm ) n

  

K1 = –0,792 untuk konfigurasi terbuka (no enclosure)

• –0,555 untuk konfigurasi box (enclosed equipment)

  

K2 = 0 untuk sistem ungrounded and high-resistance

grounded –0,113 untuk sistem grounded G = jarak/celah antar konduktor (mm)

  Untuk mendapatkan nilai G (jarak antar konduktor) dapat mengikuti standar yang sudah ada. Peralatan yang digunakan dalam sistem kelistrikan. Dalam tabel 2.1 dijelaskan untuk jarak celah bus pada beberapa peralatan lain dengan referensi dari IEEE 1584-2002.

  6

Tabel 2.1 Tabel Data Jarak Celah Bus (Jarak Bus)

  Jarak celah antar

  Kelas Peralatan

  konduktor (mm) 6-15kV Switchgear 153 5kV Switchgear 102 Low voltage switchgear

  32 Low voltages MCCs and

  25

  panelboards Cable

  13 Other Not required Setelah itu besar energi E n dapat diketahui :

  lgEn E = 10

  (2.5)

  n

  Setelah nilai E n didapatkan, untuk menghitung besar insiden energi E digunakan persamaan :

  610

  (2.6)

  E = 4,184

  ( ) ( )

  0,2

  Keterangan :

  E = incident energy (J/cm2)

C f = faktor pengali 1,0 untuk tegangan diatas 1kV, dan 1,5

  untuk tegangan dibawah 1kV

  E n = incident energy normalized T = waktu arcing (detik) D = jarak kerja (mm) X = jarak exponent

  Untuk memenuhi semua parameter-parameter dalam menghitung besarnya insiden energi (E) dapat melihat pada tabel

  2.2. Parameter yang dapat dicari dalam tabel ini yaitu jarak celah antar konduktor (G), jarak eksponen (x), dan jarak kerja (D). Adapun nilai dari parameter-parameter yang dimaksud adalah sebagai berikut:

  7

Tabel 2.2 Tabel Data Parameter – Paremeter yang Dibutuhkan

  Untuk Perhitungan Insiden Energi Jarak

  Level Jenis celah antar Jarak Jarak kerja

  Tegangan Peralatan konduktor eksponent ( mm )

  (kV) (mm)

  Open air

  10–40 -

  2 Switchgear 32 1,473 455 0,208 – 1 MCC and 25 1,641 455

  panels Cable

  13 2 455

  Open air 102

  2 - > 1 – 5 Switchgear 13–102 0,973 610

  Cable

  13 2 455

  2 - Open air 13–153 >5 – 15 Switchgear 153 0,973 910

  Cable

  13 2 455

  C. Ketika level tegangan berada diatas 15kV, maka untuk menghitung insiden energi dapat menggunakan metode Lee.

  6

  (2.7) = 2,142 10 ( )

2 Keterangan :

  E

  = incident energy (J/cm2)

  V = level tegangan (kV) t

  = waktu arcing (detik)

  D = jarak kerja (mm)

  I bf = bolted fault current

  

2.3 Metode Perhitungan Arc flash dengan Kurva Batas

Energi

  Pengertian insiden energi menurut IEEE 1584 didefinisikan sebagai jumlah energi yang besar di permukaan, pada jarak tertentu dari sumber, yang dihasilkan selama terjadinya busur listrik. Pada tegangan 1kV sampai dengan 15 kV besarnya insiden energi dalam sistem tenaga listrik dapat dirumuskan sebagai berikut:

  8

  610

  2 (J/cm ) (2.8)

  = 4,184

  0,2

  Keterangan:

  

C f = Faktor perhitungan berdasarkan pada tegangan sistem (1,5

  untuk tegangan dibawah 1kV dan 1,0 untuk 1-15kV)

  2 En

  = Insiden energi saat keadaan normal (J/ )

  t = Lamanya gangguan arcing (detik) D

  = Jarak pekerja dari sumber arc (millimeter)

  x = Jarak eksponen berdasarkan tabel 4 IEEE 1584

  dan t akan bergantung pada besarnya arus gangguan Nilai dari pada lokasi yang dipertimbangkan dan karakteristik dari peralatan proteksi arus lebih (OCPD) pada bagian upstream. Persamaannya (2.8) dapat ditulis ulang sebagai berikut:

  (detik) (2.9) =

  1

  adalah konstanta, dituliskan sebagai berikut: Dimana

  1 610

  (2.10)

  1 = 4,184 ( ) 0,2

  IEEE 1584 menjelaskan incident energy normalisasi (E ) sebagai berikut:

  n Log

  (2.11)

  1

• =

  2 + 1,081 + 0,0011

  Keterangan:

  

K = konstanta yang berhubungan dengan peralatan (-0,792) untuk

  1

  konfigurasi “open-air”; -0,555 untuk peralatan tertutup)

  

K = konstanta yang tergantung pada grounding sistem (-0,113

  2

  untuk sistem dengan grounding; 0 untuk sistem yang tidak digrounding atau untuk sistem dengan impedansi grounding),

  I a = arus gangguan arcing (kA), G = jarak bus antar konduktor (mm).

  Dengan menggabungkan persamaan (2.9) dengan persamaan (2.11) maka diperoleh persamaan kurva batas energi sebagai berikut: (detik) (2.12)

  1,081 =

  1 ′

  2

  9 adalah konstan yang dituliskan sebagai berikut : Dimana

  2

  (2.13)

  1 2 + 0,0011

• 2 =

  2

  (2.14) ′

  2 = 10

  Setelah konstanta didefinisikan berdasarkan pada peralatan dan konfigurasi sistem, nilai insiden energi E dapat dipilih berdasarkan kategori 1-4 PPE sesuai NFPA 70E-2004, dan persamaan (2.12) dapat digunakan untuk menentukan hubungan arus-waktu yang sesuai dengan tingkat energi insiden yang dipilih. Seperti ditunjukkan dalam kurva yang menghubungkan poin arus-waktu sesuai dengan tingkat insiden energi yang diberikan muncul linear pada grafik log-log. Persamaan (2.12) dapat diterapkan dilokasi dalam kisaran IEEE 1584 dengan range penerapan (208V - 15 kV, tiga fase, dan dengan tingkat arus bolted fault 700A-106 kA).

  Untuk lokasi yang berada di luar jangkauan persamaan (2.8), nilai tegangan diatas 15kV, metode Lee dapat digunakan untuk menentukan kurva batas energi. Sehingga insiden energi dapat dituliskan sebagai berikut:

  6

  (2.15) = 2,142 10 (

  2 ) (

2 )

  Keterangan:

  V = tegangan sistem (kV)

  I bf = nilai arus bolted fault (kA) t = lama arus arc flash (detik) D

  = jarak pekerja (milimeter) Maka persamaan kurva batas energinya menjadi sebagai berikut:

  2

  (2.16)

  =

  6 2,142 10

  Perbedaanya dengan persamaan (2.12), persamaan (2.16) berdasarkan pada arus bolted fault, tetapi nilai arus gangguan arcing masih diperlukan untuk menentukan lamanya waktu arus arcing. Jumlah energi yang dihasilkan arc-flash tergantung dari level tegangan tempat arus gangguan terjadi, jarak pekerja dengan sumber arcing dan waktu yang dibutuhkan peralatan pengaman arus lebih untuk menghilangkan dan mengisolir gangguan.

  10

2.4 Lee Method

  Persamaan ini digunakan untuk menghitung energi arc flash pada sistem dengan level tegangan di atas 15 kV. Berikut ini adalah persamaan berdasarkan IEEE std 1584-2002:

  6 E = 2,142 x 10 x V x I bf ( ) (2.17)

  2 Keterangan:

  2

  2

  2 E = insiden energi (J/cm ) (1 J/cm = 0.24 cal/cm )

  V

  = tegangan sistem (kV)

  t = waktu arcing (detik) D

  = jarak antara titik arcing dengan pekerja (mm)

  I = bolted fault current (kA) (I

  I )

  bf bf a

  ≈ Untuk tegangan lebih dari 15 kV, arc fault current dipertimbangkan sama dengan bolted fault current.

2.5 Flash Protection Boundary

  NFPA 70E-2004 mendefinisikan sebuah boundaries berhubungan dengan keselamatan ketika pekerja bekerja pada peralatan yang bertegangan. Hanya orang-orang yang memenuhi syarat yang dapat masuk ke area ini dan mereka diwajibkan memakai personal protection

  equipment (PPE) yang sesuai dengan protection boundaries.

Gambar 2.1 Flash Protection BoundaryGambar 2.1 menjelaskan bagian-bagian dari flash protection

  boundaries, sebagai berikut:

  11

  12

  Bagaimanapun akhirnya untuk menghitung jarak aman pekerja tetap harus dilakukan. Perhitungannya kali ini mengacu pada besarnya nilai insiden energi pada tiap-tiap kategori. Sehingga yang diperoleh adalah nilai jarak maksimum untuk setiap masing-masing kategori.

  −

  Jika persamaan (2.18) diatas dibagi dengan persamaan (2.19) maka : = ( )

  ) (2.19)

  ) ( 610

  E B = 4,184 C f En ( 0,2

  Sedangkan perhitungan level insiden energi (E B ) pada jarak aman perlindungan (D B ) adalah.

  ) (2.18)

  ) ( 610

   En ( 0,2

  EW D = 4,184 C f

  Perhitungan level insiden energi (E WD ) untuk sistem tegangan antara 1-15kV pada jarak kerja (D WD ) adalah :

  

flash. Namun ketika menggunakan analisa metode kurva batas energi,

nilai tepat mngenai insiden energi normalisasi tidak dihitung.

  a. Flash Protection Boundary

  IEEE 1584 mengacu pada besarnya insiden energi normalisasi dari arc

  Batas pendekatan jarak dari konduktor aktif dimana pekerja dianggap seperti melakukan kontak langsung dengan konduktor aktif. Persamaan untuk perhitungan jarak aman perlindungan berdasarkan

  d. Prohibited Approach Boundary

  Batas perlindungan yang bisa dijangkau oleh seorang pekerja yang sudah mempunyai keahlian dalam bidang terkait. Ketika menjangkau wilayah tersebut dibutuhkan shock protection teknis dan peralatan yang memadai.

  c. Restricted Approach Boundary

  Batas pendekatan jarak dari bagian konduktor aktif dimana terdapat sebuah bahaya sengatan listrik.

  b. Limited Approach Boundary

  pekerja tidak dilengkapi peralatan pelindung beresiko terkena luka bakar hingga tingkat dua.

  fault clearing time lebih besar dari 0,1s. Pada batas ini apabila

  dengan

  2

  Batas dimana level insiden energy sama dengan 1,2 cal/cm

  (2.20) Sehingga untuk mencari jarak aman tiap kategori PPE : (2.21)

  =

  √

  Sedangkan untuk sistem lebih dari 15 kV sebagai berikut : (2.22)

  =

  2 √

2.6 Pengelompokan Tingkat Energi Arc flash

  Pengelompokan tingkat energi arc flash dilakukan setelah mendapatkan nilai incident energy pada setiap bus. Pengelompokan tersebut bertujuan untuk menentukan perlengkapan keselamatan diri yang harus dipakai oleh pekerja saat berada di area tersebut. Personal

  

protective equipment ini, diklasifikasikan berdasarkan insiden energi

  yang terjadi ketika peristiwa arc flash sedang berlangsung. Hal ini sesuai dengan standart NFPA 70E – 2004. Dimana standart tersebut memberikan kategori insiden energi serta dampak yang akan diterima seseorang bila terpapar arc flash serta peralatan yang harus diperlukan atau digunakan ketika seseorang berada pada zona yang berpotensi terjadi

  

arc flash. Berikut merupakan personel protective equipment (PPE)

sesuai standar NFPA 70E – 2004 [7].

Tabel 2.3 Pengelompokan Tingkat Energi Arc flash

  Arc Hazard PPE Description Rating PPE Category cal/cm2

• - Cotton Undergarment - Long Sleeved Shirt - Long Pants N/A
• - Safety Glasses (1,2)
• - Hearing Protection - Leather Gloves

  13

Tabel 2.3 Pengelompokan Tingkat Energi Arc flash (Lanjutan)

  Arc Hazard PPE Description Rating PPE Category cal/cm2

• - Cotton Undergarment - Arc Rated Long Sleeved Shirt (FR Coveralls)
• - Arc Rated Long Pants (FR Coveralls)

  1

  4

• - Hard Hat and Safety Glasses - Hearing Protection - Leather Gloves and Shoes - Cotton Undergarment - Short Sleeved “T” Shirt - Arc Rated Sleeved Shirt and Long Pants

  2

  8

• - Hard Hat and Safety Glasses - Hearing Protection - Leather Gloves and Shoes - Cotton Underwear - Short Sleeved “T” Shirt - Arc Rated Long Sleeved Shirt and Long Pants - Arc Rated Coveralls - Arc Rated Suited Jacket (25 Cal)
• - Arc Rated Suited Pants (25

  3

  25 Cal)

• - Arc Rated Suited Hood (25 Cal)
• - Hard Hat and Safety Glasses - Hearing Protection - Arc Rated Leather Gloves - Leather Shoes

  14

Tabel 2.3 Pengelompokan Tingkat Energi Arc flash (Lanjutan)

  Arc Hazard PPE Description Rating PPE Category cal/cm2

• - Cotton Underwear - Short Sleeved “T” Shirt - Arc Rated Long Sleeved Shirt and Long Pants - Arc Rated Coveralls - Arc Rated Suited Jacket (40 Cal)
• - Arc Rated Suited Pants (40

  4

  40 Cal)

• - Arc Rated Suited Hood (40 Cal)
• - Hard Hat and Safety Glasses - Hearing Protection - Arc Rated Leather Gloves - Leather Shoes

  15

  16

  

“Halaman ini sengaja dikosongkan”

BAB III SISTEM KELISTRIKAN BANDARA INTERNASIONAL JUANDA

3.1 Sistem Kelistrikan Bandara Internasional Juanda

  Sistem kelistrikan Bandara Internasional Juanda merupakan sistem yang terdiri dari 2 sumber yaitu dari PLN sebesar 20kV menggunakan 2

  

feeder utama yang terhubung dengan Main Power House utama sebagai

  sumber utama untuk menyuplai seluruh sistem kelistrikan Bandara dan menggunakan 5 buah generator dengan kapasitas masing-masing 1500 kVA sebagai sumber cadangan. Generator hanya digunakan apabila PLN mengalami gangguan dan hanya menyuplai sistem yang vital dalam jangka waktu tertentu. Sistem kelistrikan Bandara Internasional Juanda sampai saat ini masih mengandalkan suplai dari PLN sebesar 20 kV, karena sudah adanya kesepakatan kerja antara pihak PT. Angkasa Pura I sebagai pengelola Bandara Internasional Juanda dengan pihak PT. PLN (Persero) sebagai penanggung jawab unit kerja distribusi PLN di Bandara Internasional Juanda yang merupakan konsumen prioritas utama dalam pemakaian listrik.

  Sistem distribusi yang dipakai oleh PT. Angkas Pura I selaku penanggung jawab dan pengelola Bandara Internasional Juanda merupakan jaringan distribusi tipe radial. Adapun kelebihan dari sistem ini adalah sederhana dan murah serta lebih mudah dari segi sistem koordinasi pengamannya. Untuk kekurangannya adalah saat terjadi gangguan pada salah satu bus maka suplai daya ke beban akan terputus karena daya yang disalurkan melalui satu line saja.

  Pada sistem yang ada di Bandara Internasional Juanda dalam operasinya dilengkapi dengan beberapa peralatan seperti transformator, relay, circuit breaker yang digunakan untuk masing-masing beban dengan kategori tertentu. Adapun sistem kelistrikan perusahaan ini dapat dilihat pada Gambar 3.1.

  17

  _{MPH01 PLN FEEDER 1 500 MVAsc PLN FEEDER 2 500 MVAsc 20 kV}

_{6.6 kV}

_{BUS 4 MPH 13 BUS 1 MPH 13 BUS 3 MPH 13 6.6 kV 6.6 kV 1275 kW 1275 kW 1275 kW 1275 kW 1275 kW} GEN 1 GEN 2 GEN 7 _{6.6 kV BUS 2 MPH 13 GEN 3 GEN 6 kVA} 4500 _{6.6 kV BUS MPH 11 BUS MPH-M12 kVA} ¹⁵⁰⁰ _{20 kV BUS 1 MPH3 kVA 3000} 6.6 kV _{20 kV BUS R10 20 kV BUS R10-28 1500 2000 2000 2000 200 500 20 kV Bus 17 BUS PANEL PTB 20 kV 200 100 50 50 6.6 kV 6.6 kV 6.6 kV 6.6 kV BUS RC-RB BUS AP-1 BUS RB-RC BUS AP1 50 100 160 315 2500} BUS MPH-M02 _{20 kV}

₅₀

_{50 100 100 100 630 250 400 160 160 100 200 100 630 300 kVA kVA kVA kVA kVA kVA kVA kVA kVA kVA kVA kVA 0.38 kV 6.6 kV 0.38 kV 0.38 kV 0.38 kV 0.38 kV 0.38 kV 0.38 kV 0.38 kV 0.38 kV 0.38 kV 0.38 kV POL kVA kVA kVA kVA kVA kVA kVA kVA kVA kVA 788 1093 1287 1287 282 235 CHL PTB2 PTB3 AOB CARGO MPH-TO RA-1 RC-1 RB-1 AP-2 AP-1 CARGO-CG WS PTB S/S RA RB RC AP-II AP1 SD1 SD-2 SD3 R10-1 R10-2 TH10 THR28 THR28-1 18.5 25.5 91.6 22.8 96.4 kVA kVA kVA kVA kVA kVA kVA kVA kVA kVA kVA kVA kVA kVA kVA kVA kVA kVA kVA kVA 83.4 245 143 1287 0.38 kV 0.38 kV 0.38 kV 0.38 kV 0.38 kV 0.38 kV 0.38 kV 0.38 kV 0.38 kV 0.38 kV 0.38 kV 0.38 kV 0.38 kV 0.38 kV 0.38 kV 0.38 kV 0.38 kV 0.38 kV} kVA kVA kVA kVA kVA kVA kVA kVA kVA kVA kVA kVA kVA kVA kVA kVA kVA kVA

_25.5

_{22.8 91.6 96.4 83.4 891 241 353 72.2 72.2 50.9 55.4 55.4 282 0B-T01 ESSENTIAL 12.4} Gambar 3.1

  Single Line Diagram Bandara Internasional Juanda

  18